KR101947753B1 - Water pollution load evaluation apparatus and method using the l-thia acn-wq model - Google Patents

Water pollution load evaluation apparatus and method using the l-thia acn-wq model Download PDF

Info

Publication number
KR101947753B1
KR101947753B1 KR1020180087364A KR20180087364A KR101947753B1 KR 101947753 B1 KR101947753 B1 KR 101947753B1 KR 1020180087364 A KR1020180087364 A KR 1020180087364A KR 20180087364 A KR20180087364 A KR 20180087364A KR 101947753 B1 KR101947753 B1 KR 101947753B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
amount
flow rate
outflow
calculated
thia
Prior art date
Application number
KR1020180087364A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
류지철
박재홍
김용석
신동석
이재관
임경재
금동혁
김종건
이관재
신민환
Original Assignee
대한민국 (관리부서:환경부 국립환경과학원장)
강원대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 대한민국 (관리부서:환경부 국립환경과학원장), 강원대학교 산학협력단 filed Critical 대한민국 (관리부서:환경부 국립환경과학원장)
Priority to KR1020180087364A priority Critical patent/KR101947753B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101947753B1 publication Critical patent/KR101947753B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06QINFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00Systems or methods specially adapted for specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/10Services
    • G06Q50/26Government or public services
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06NCOMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N20/00Machine learning
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06QINFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00Systems or methods specially adapted for specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/10Services
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/152Water filtration

Abstract

The present invention relates to an apparatus and a method for water pollution load evaluation using an L-THIA ACN-WQ model, including a basic data input unit for input of basic data including at least one of soil information, hydraulic terrain information, and weather information including daily precipitation, daily average temperature, irradiation amount, and daylight hours by weather point, a curve number calculation unit calculating a curve number (CN) estimating effective rainfall based on the input basic data, a direct outflow calculation unit calculating a direct outflow from every hydrologic response unit (HRU) in a watershed to a stream based on the calculated curve number, a base outflow calculation unit determining infiltration by using an infiltration initial loss coefficient previously drawn along the curve number in the calculated direct outflow and calculating the amount of water flowing into an aquifer and a base outflow flowing to a stream based on the determined infiltration, and a pollution load calculation unit calculating a pollution load based on the calculated direct outflow and base outflow.

Description

L-THIA ACN-WQ 모델을 이용한 유역 오염부하량 평가 장치 및 그 방법{WATER POLLUTION LOAD EVALUATION APPARATUS AND METHOD USING THE L-THIA ACN-WQ MODEL}BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a method and apparatus for evaluating wastewater pollution loading using an L-THIA ACN-WQ model,

본 발명은 L-THIA ACN-WQ 모델을 이용한 유역 오염부하량 평가 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 침투량 초기손실량 산정 계수 도출, 다중 기상지점 적용, 하천 수리구조물 적용 및 최적 매개변수 도출이 반영되는 L-THIA ACN-WQ 모델과 기계 학습(Machine Learning)을 접목시켜 사용자가 유역의 유량 및 수질 특성을 쉽게 이해할 수 있도록 하는 L-THIA ACN-WQ 모델을 이용한 유역 오염부하량 평가 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for evaluating a watershed pollution load using an L-THIA ACN-WQ model, more specifically, a calculation of an initial loss amount estimation factor of penetration amount, application of a multiple weather point, application of a hydraulic repair structure, WATER POLLUTION LOAD EVALUATION APPARATUS AND METHOD USING THE L-THIA ACN-WQ MODEL BY USING L-THIA ACN-WQ MODEL AND MACHINE LEARNING .

우리나라 4대 강에서 해마다 녹조가 발생되고 조류 경보 발령 횟수도 큰 폭으로 증가하면서 하천 환경에 대한 국민적 관심이 크게 증대되고 있다. 녹조 발생에 영향을 미치는 요소로는 수온, 유속, 수체구조, 영양염류 등 다양하지만 영양염류인 총질소(TotalNitrogen,TN), 총인(TotalPhosphorus,TP)이 조류 성장에 가장 큰 영향요소로 알려져 있다. 총질소(TN), 총인(TP)은 유역 내 농경지에 투입된 비료(화학비료 및 축산 퇴·액비)중 전량 소모되지 못한 일부 비료 성분과 축사 주변에 방치된 가축 분뇨 등의 비점오염원으로부터 강우시 다량 유입되고 있다. 우리나라에서 하천으로 유입되는 총질소(TN)를 줄이기 위한 노력은 다소 정체되어 있는 반면, 총인(TP)은 총량제와 더불어 많은 개선 노력이 이루어져 최근에는 총질소(TN)/총인(TP)농도비의 증가가 더욱 두드러지고 있다. 최근 우리나라 주요 하천의 총질소(TN)/총인(TP)농도비 비율은 23.8~ 36.6으로 조류 증식에 양향을 미칠 수 있는 비율 16을 초과하고 있다. 따라서 녹조 성장을 억제하기 위해서는 총질소(TN), 총인(TP)의 관리가 매우 중요하며, 체계적 관리를 위한 지속적인 모니터링이 중요한 시점이다.In Korea, four major rivers are experiencing greenery every year, and the number of alerts issued is greatly increasing, and the public interest in the river environment is greatly increasing. Total nitrogen, total nitrogen (TN), total phosphorus (TP), nutrients such as water temperature, flow rate, water structure and nutrients are the most influential factors on algal growth. Total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP) were calculated from non-point pollution sources such as some fertilizer components which were not consumed in total and fertilizer and livestock manure left in the vicinity of the farm, Are being introduced. In Korea, efforts to reduce total nitrogen (TN) flowing into rivers have been somewhat stagnant, but TP (total phosphorus) has undergone a lot of improvement efforts with the total amount system. Recently, increase of total nitrogen (TN) / total phosphorus Is becoming more prominent. Recently, the ratio of total nitrogen (TN) / total phosphorus (TP) concentration ratio in major rivers in Korea has been 23.8 ~ 36.6, which exceeds the ratio 16 that can affect the bird breeding. Therefore, total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP) are very important to control green growth, and continuous monitoring for systematic management is an important point.

하지만, 수질측정망과 총량측정망의 측정 자료로는 하천/유역의 연속적인 시계열 수질 자료 확보에 어려움이 있다. 또한, 자동측정망은 주로 4대 강 본류에서 운영되고 있어, 지류하천에 대한 영향 등을 파악하기에 한계가 있다. 이에 국가 측정망인 물환경 측정망의 측정 수질자료를 이용하여 하천 오염부하 평가 및 관리계획 수립 등에 어려움이 있다. 이에 따라 한국공개특허 제2015-0018211호의 '하·폐수의 난분해성 유기물 및 영양염류 고도처리장치 및 이를 이용한 하·폐수 고도처리방법'과 같이 하천의 체계적 관리를 위한 관리계획 수립에 유역 단위의 모형을 활용한 기초자료 생성이 하나의 대안으로 많이 이용되고 있다. 다양한 유역 모형 중 L-THIA 모형은 비교적 입력자료 구축 및 모형 개선 및 구동이 간단하여 해외에서뿐만 아니라 우리나라에서도 강우-유출 및 오염부하량 산정에 많이 활용되고 있다. L-THIA 모형은 유출곡선지수(CurveNumber,CN)방법으로 직접유출량을 산정하고 유량가중평균농도(EventMean Concentraion,EMC)를 고려하여 직접유출-오염부하량을 예측하는 스프레트쉬트 버전(Harbor,1994)으로부터 GIS기반 L-THIA,L-THIA LID 등으로 모형이 보완 및 개발되어 왔다.However, it is difficult to acquire continuous time - series water quality data of river / basin as the measurement data of water quality measurement network and gauging network. In addition, the CEM is mainly operated in the main streams of the four major rivers. Therefore, it is difficult to establish a river pollution load evaluation and management plan by using the water quality data of the water environmental monitoring network, which is a national monitoring network. Accordingly, in the management plan for the systematic management of the rivers, such as the 'Advanced apparatus for treating highly degradable organic matter and nutrients in the bottom and wastewater of Korean Patent Laid-Open Publication No. 2015-0018211 and a method for treating the wastewater using the same, Is used as an alternative. Among the various watershed models, the L-THIA model has been widely used to estimate rainfall-runoff and pollutant load in Korea as well as overseas because of relatively simple construction of input data and simple model improvement and operation. The L-THIA model is a version of a spreadsheet (Harbor, 1994) that estimates direct runoff-pollutant loads by estimating direct runoff using the CurveNumber (CN) method and considering the EventMean Concentration (EMC) , And L-THIA and L-THIA LID based on GIS have been supplemented and developed.

최근에는 환경부 환경기초조사 사업을 통해 구축된 토지피복별 모니터링 자료를 기반으로 한 L-THIA ACN-WQ 모형이 개발되었다. L-THIA ACN-WQ 모형은 토지피복 및 토양별 52개 점근 CN 회귀식과 강우계급별 EMC 자료를 통해 유출량과 오염부하량을 산정하며 하도추적 모듈을 추가하고 QAUL2E 모형을 연계한 유역/하천 유출 및 수질 평가 모형이다. 하지만, L-THIA ACN-WQ 모형은 특정 CN 구간 침투량 산정 방법의 한계, 단일 기상지점 이용, 하천 수리구조물 설치에 따른 하류 수문곡선 영향 등 유역 규모를 확대하여 적용하는데 많은 제한점이 있다. 그리고 L-THIA ACN-WQ 모형에는 다양한 매개변수들이 존재하며, 유역의 환경적 조건을 반영하기 위해 최적 매개변수 산정이 필요하지만 L-THIA ACN-WQ 모형의 최적 매개변수 산정을 위한 자동 보정 도구 개발 연구는 이루어지지 않았다.Recently, L-THIA ACN-WQ model was developed based on the monitoring data of land cover constructed through the environmental basic research project of the Ministry of Environment. The L-THIA ACN-WQ model estimates the runoff and pollutant loads through the 52 land-cover CN regressions and rainfall-grade EMC data for the land cover and soil, adds the underwater tracking module and links the QAUL2E model to the watershed / It is a model. However, the L-THIA ACN-WQ model has limitations in applying the watershed scale to the application of limitations on the calculation of specific CN section infiltration methods, the use of single meteorological stations, and the influence of downstream hydrographs on the installation of river repair structures. In addition, the L-THIA ACN-WQ model has various parameters and it is necessary to calculate the optimal parameters to reflect the environmental conditions of the watershed. However, the automatic correction tool for calculating the optimal parameters of the L-THIA ACN-WQ model Research has not been done.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 직접유출량 산정 시 침투량 초기 손실량 계수를 도출하는 L-THIA ACN-WQ 모델을 이용한 유역 오염부하량 평가 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an apparatus and method for estimating wastewater pollutant load using an L-THIA ACN-WQ model that derives an initial loss amount coefficient of a permeation amount in direct runoff calculation .

또한, 본 발명은 지역별/유역별 시공간으로 변화하는 기상 특성을 반영하는 기상 자료를 수집하는 L-THIA ACN-WQ 모델을 이용한 유역 오염부하량 평가 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention also provides an apparatus and method for estimating wastewater pollutant load using an L-THIA ACN-WQ model for collecting meteorological data reflecting meteorological characteristics varying in time and space by region / watershed.

또한, 본 발명은 하천의 유황특성에 영향을 미치는 수리구조물(댐, 보 및 저수지)에 의한 영향을 반영하는 L-THIA ACN-WQ 모델을 이용한 유역 오염부하량 평가 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Further, the present invention provides an apparatus and method for estimating wastewater pollutant loading using an L-THIA ACN-WQ model that reflects the influence of hydraulic structures (dam, beam, and reservoir) .

또한, 본 발명은 유역의 환경적 조건에 따른 대표 최적 매개변수 또는 소유역별 최적 매개변수를 도출하는 L-THIA ACN-WQ 모델을 이용한 유역 오염부하량 평가 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. It is another object of the present invention to provide an apparatus and method for estimating a wastewater pollutant load using an L-THIA ACN-WQ model that derives a representative optimal parameter or an optimal parameter for each wastewater area according to an environmental condition of the watershed.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 L-THIA ACN-WQ 모델을 이용한 유역 오염부하량 평가 장치는 기상지점별 일 강수량, 일 평균온도, 일사량, 일조시간을 포함하는 기상정보, 수리지형정보 및 토양정보 중 적어도 어느 하나를 포함하는 기초자료를 입력받는 기초자료 입력부; 입력된 기초자료를 토대로 유효우량을 추정하는 유출곡선지수(Curve Number:CN)를 산정하는 유출곡선지수 산정부; 산정된 유출곡선지수를 토대로 유역 내 모든 수문반응단위(Hydrologic Response Unit:HRU)에서 하천까지 도달하는 직접유출량을 산정하는 직접유출량 산정부; 산정된 직접유출량에 유출곡선지수에 따라 기 도출된 침투량 초기 손실량 계수를 이용하여 침투량을 결정하고, 결정된 침투량을 토대로 대수층으로 유입되는 물의 양과 하천으로 흘러가는 기저유출량을 산정하는 기저유출량 산정부; 및 산정된 직접유출량 및 기저유출량을 토대로 오염부하량을 산정하는 오염부하량 산정부;를 포함한다.In order to achieve the above object, an apparatus for evaluating a watershed pollution load using an L-THIA ACN-WQ model according to the present invention is provided with an apparatus and method for estimating watershed pollution load using weather data, A basic data input unit receiving basic data including at least one of soil information; A runoff curve index calculation unit for calculating a runoff curve (CN) that estimates the effective rainfall based on the input basic data; A direct runoff estimator that calculates a direct runoff from a hydrologic response unit (HRU) to a river based on the estimated runoff curve; Determination of the amount of infiltration using the infiltration initial loss coefficient derived based on the calculated outflow curve and the amount of inflow to the aquifer on the basis of the determined infiltration amount and the base flow rate to be flowed to the stream; And a pollutant load calculation unit for calculating a pollutant load based on the calculated direct outflow amount and the base runoff amount.

또한, 상기 기초자료 입력부는 수지지형도를 통해 구축되는 수치표고모델(DigitalElevation Model,DEM)에 대한 수리지형정보와 토지이용도 및 수문학적 토양그룹도 정보를 포함하는 토양정보를 입력받는 것을 특징으로 한다.Also, the basic data input unit is characterized by receiving hydraulic terrain information for a digital elevation model (DEM) constructed through a resin topography map, soil information including land use map and hydrological soil group map information .

또한, 상기 유출곡선지수 산정부는 기상정보의 강수량과 토양정보의 토지이용도 및 수문학적 토양그룹도 정보의 보정상수를 이용하여 유출곡선지수를 산정하는 것을 특징으로 한다.Also, the outflow curve index calculating unit calculates the outflow curve index using the precipitation amount of the meteorological information, the land use degree of the soil information, and the correction constant of the information of the hydrologic soil group.

또한, 상기 기저유출량 산정부는 유출곡선지수를 기 설정된 단위로 감소시키면서 감소된 유출곡선지수를 통해 산정되는 초기 손실량이 기 설정된 단위로 감소되기 전의 유출곡선지수 보다 커야한다는 기준을 토대로 초기 손실량 계수를 도출하는 것을 특징으로 한다.Also, the base flow rate calculation unit may derive an initial loss amount coefficient based on a criterion that the initial loss amount calculated through the reduced outflow curve index should be larger than the outflow curve index before decreasing in the predetermined unit while decreasing the outflow curve index in a predetermined unit .

또한, 상기 오염부하량 산정부는 산정된 직접유출량 및 기저유출량과 실시간으로 도출되는 전체유역 매개변수와 소유역별 매개변수, 총량측정망 유량 및 수질 자료를 이용하여 확장된 일유량 자료를 이용하여 오염부하량을 산정하는 것을 특징으로 한다.Also, the pollution load calculation unit calculates the pollutant load using the calculated direct flow amount and base flow amount, the entire watershed parameter derived in real time, the parameters by the geographical area, the total amount network flow rate and the water quality data, .

또한, 실시간으로 입력되는 기초자료를 이용하여 매개변수를 도출하고 보정하는 매개변수 설정부를 더 포함하되, 상기 매개변수 설정부는, 유역 말단을 대상으로 해당 유역 전체의 전체유역 매개변수를 도출하는 제1 매개변수 도출부; 유역 내 다중 보정 지점을 통해 소유역별 매개변수를 도출하는 제2 매개변수 도출부; 및도출된 전체유역 매개변수 및 소유역별 매개변수를 실시간으로 보정하는 매개변수 보정부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The parameter setting unit may further include a parameter setting unit for deriving and correcting parameters using basic data inputted in real time, wherein the parameter setting unit sets the first wastewater parameter of the first wastewater Parameter derivation; A second parameter derivation unit for deriving a parameter by geographical area through multiple calibration points in the watershed; And a parameter correcting unit for correcting the derived whole watershed parameter and the parameter for each owned area in real time.

또한, 산정된 오염부하량을 오염부하지속곡선(Load Duration Curve:LDC)으로 도식화하거나 일유량과 목표수질을 통해 도식화된 표준부하지속곡선(Standard Load Duration Curve)과 일유량과 실측 수질자료를 통해 도식화된 관측부하지속곡선(Observed Load Duration Curve)를 비교하는 유량-부하량곡선(Q-L Rating Curve,QLRC)을 도식화하여 오염부하량을 평가하는 오염부하량 평가부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the estimated pollutant loads can be plotted with a Load Duration Curve (LDC) or a standard load duration curve plotted through the daily flow rate and the target water quality, the daily flow rate and the actual water quality data And a pollutant load evaluating unit for estimating a pollutant load by plotting a QL Rating Curve (QLRC) comparing the Observed Load Duration Curve.

또한, 산정된 직접유출량 및 기저유출량을 토대로 하천에서의 유량을 결정하는 하도추적 산정부를 포함한다.It also includes a lowland trace estimator that determines the flow rate in the stream based on the estimated direct runoff and base runoff.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 L-THIA ACN-WQ 모델을 이용한 유역 오염부하량 평가 방법은 기초자료 입력부에 의해, 기상지점별 일 강수량, 일 평균온도, 일사량, 일조시간을 포함하는 기상정보, 수리지형정보 및 토양정보 중 적어도 어느 하나를 포함하는 기초자료를 입력받는 단계: 유출곡선지수 산정부에 의해, 입력된 기초자료를 토대로 유효우량을 추정하는 유출곡선지수(Curve Number:CN)를 산정하는 단계; 직접유출량 산정부에 의해, 산정된 유출곡선지수를 토대로 유역 내 모든 수문반응단위(Hydrologic Response Unit:HRU)에서 하천까지 도달하는 직접유출량을 산정하는 단계: 기저유출량 산정부에 의해, 산정된 직접유출량에 유출곡선지수에 따라 기 도출된 침투량 초기 손실량 계수를 이용하여 침투량을 결정하고, 결정된 침투량을 토대로 대수층으로 유입되는 물의 양과 하천으로 흘러가는 기저유출량을 산정하는 단계; 및 오염부하량 산정부에 의해, 산정된 직접유출량 및 기저유출량을 토대로 오염부하량을 산정하는 단계;를 포함한다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a method for estimating wastewater pollution loading using an L-THIA ACN-WQ model according to the present invention, wherein a baseline data input unit calculates a wastewater pollutant load based on a weather condition including daily precipitation, The method includes: receiving a basic data including at least one of information, hydraulic terrain information, and soil information; calculating an outflow curve index (CN) that estimates an effective rainfall based on input basic data, ; Estimating the direct runoff from all hydrologic response units (HRU) in the watershed to the river based on the runoff curve index calculated by the direct runoff estimator: The calculated runoff runoff Determining the amount of infiltration using the infiltration initial loss factor derived from the inflow curve index according to the outflow curve index, calculating the amount of water flowing into the aquifer and the amount of base flow flowing to the aquifer based on the determined infiltration amount; And calculating a pollutant load on the basis of the calculated direct outflow amount and the base outflow amount by the pollutant load calculation unit.

또한, 산정된 직접유출량에 유출곡선지수에 따라 기 도출된 침투량 초기 손실량 계수를 이용하여 침투량을 결정하고, 결정된 침투량을 토대로 대수층으로 유입되는 물의 양과 하천으로 흘러가는 기저유출량을 산정하는 단계는, 유출곡선지수를 기 설정된 단위로 감소시키면서 감소된 유출곡선지수를 통해 산정되는 초기 손실량이 기 설정된 단위로 감소되기 전의 유출곡선지수 보다 커야한다는 기준을 토대로 초기 손실량 계수를 도출하는 것을 특징으로 한다.Also, the step of determining the amount of infiltration using the infiltration initial loss coefficient previously derived based on the calculated direct flow rate according to the outflow curve index, and calculating the amount of water flowing into the aquifer and the base flow rate flowing into the river based on the determined infiltration amount, The initial loss amount coefficient is derived based on a criterion that the initial loss amount estimated through the reduced outflow curve index should be larger than the outflow curve index before decreasing in the predetermined unit while decreasing the curve index in a predetermined unit.

또한, 산정된 직접유출량 및 기저유출량을 토대로 오염부하량을 산정하는 단계는, 산정된 직접유출량 및 기저유출량과 실시간으로 도출되는 전체유역 매개변수와 소유역별 매개변수, 총량측정망 유량 및 수질 자료를 이용하여 확장된 일유량 자료를 이용하여 오염부하량을 산정하는 것을 특징으로 한다.Also, the step of calculating the pollutant load based on the estimated direct runoff amount and the base runoff amount is performed by using the calculated direct runoff amount and base runout amount, all the wastewater parameters derived in real time, the parameters of each wastewater zone, And the pollutant load is estimated using the expanded daily flow data.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 L-THIA ACN-WQ 모델을 이용한 유역 오염부하량 평가 장치 및 그 방법은 직접유출량 산정 시 활용되는 유출곡선지수(CurveNumber, CN)에 따라 차등적으로 적용할 수 있는 침투량 초기 손실량 계수를 도출함으로써, 우리나라 밭의 대표 토양인 사양토, 식양토, 양토를 대상으로 침투량 범위와 침투량 범위의 편차를 비교하여 침투량 산정의 적정성을 평가할 수 있는 효과가 있다.In order to achieve the above object, an apparatus and method for estimating wastewater pollution loading using the L-THIA ACN-WQ model according to the present invention can be applied differently according to the curve number (CN) used in direct runoff calculation The results of this study can be used to estimate the adequacy of the estimation of the amount of infiltration by comparing deviations between the range of infiltration and the range of infiltration for the dominant soils such as sandy loam, clay loam and loam soil.

또한, 본 발명은 지역별/유역별 시공간으로 변화하는 기상 특성을 반영하는 기상 자료를 수집하여 단일 기상지점과 다중 기상지점 적용에 따른 최대유량의 크기, 평균 유량 등의 유출 특성과 유량 조건에 따른 유황구간별 최대유량, 평균 유량 등을 비교 분석할 수 있게 됨으로써, 공간적 이상 특성 차이로 인해 강우에 따른 유출해석결과의 불확실성을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention collects meteorological data reflecting meteorological characteristics that vary in time and space by region / watershed and collects meteorological data such as the maximum flow rate and the average flow rate according to the application of the single meteorological point and the multiple meteorological point, It is possible to comparatively analyze the maximum flow rate and the average flow rate according to the intervals, thereby reducing the uncertainty of the flow analysis result due to the rainfall due to the difference in the spatial abnormal characteristics.

또한, 본 발명은 하천의 유황특성에 영향을 미치는 수리구조물(댐, 보 및 저수지)에 의한 영향을 반영함으로써, 수리구조물에 따른 하천 유량 변동 특성을 용이하게 파악할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention reflects the influence of hydraulic structures (dams, beams, and reservoirs) that affect the sulfur characteristics of the stream, so that it is possible to easily grasp the stream flow fluctuation characteristics according to the hydraulic structure.

또한, 본 발명은 유역 말단을 대상으로는 해당 유역 전체의 대표 최적 매개변수를 도출하고, 유역 내 다중 모니터링 지점 측정 성과를 통한 소유역별 최적 매개변수를 도출함으로써, 환경적 조건(소규모 또는 대규모)에 따라 매개변수 보정을 통해 모의치와 실측치간의 오차를 줄여 객관적인 결과를 도출할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention derives the representative optimal parameters of the entire watershed for the watershed terminal and derives the optimal parameters for each watershed through the performance of multiple monitoring points in the watershed to determine the environmental conditions (small or large scale) Therefore, it is possible to obtain an objective result by reducing the error between the simulated value and the measured value through the parameter correction.

또한, 본 발명은 L-THIA ACN-WQ 모델의 최적화를 위해 기계 학습(Machine Learning)을 활용하여 매개변수를 최적화하고, Web-GIS 기반으로 하여 실시간으로 유량 및 수질을 예측할 수 있다.In addition, the present invention optimizes parameters using machine learning to optimize L-THIA ACN-WQ model, and predicts flow rate and water quality in real time based on Web-GIS.

도 1은 본 발명에 따른 L-THIA ACN-WQ 모델을 이용한 유역 오염부하량 평가 장치의 구성을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 L-THIA ACN-WQ 모델을 이용한 유역 오염부하량 평가 방법의 순서를 설명하는 순서도이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명에 따른 L-THIA ACN-WQ 모델을 이용한 유역 오염부하량 평가 장치 및 방법에 적용되는 침투량 산정 방법 개선에 대한 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 L-THIA ACN-WQ 모델을 이용한 유역 오염부하량 평가 장치 및 방법에 적용되는 다중 가상지점 적용에 대한 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 10 및 도 11은 본 발명에 따른 L-THIA ACN-WQ 모델을 이용한 유역 오염부하량 평가 장치 및 방법에 적용되는 하천수리구조물 반영에 대한 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 12 내지 도 15는 본 발명에 따른 L-THIA ACN-WQ 모델을 이용한 유역 오염부하량 평가 장치 및 방법에 적용되는 매개변수 자동 보정에 대한 결과를 설명하기 위한 도면이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an apparatus for evaluating watershed pollution load using an L-THIA ACN-WQ model according to the present invention. FIG.
FIG. 2 is a flowchart illustrating a procedure of a method for evaluating wastewater pollution loading using the L-THIA ACN-WQ model according to the present invention.
FIGS. 3 to 6 are diagrams for explaining the results of improvement of the method for estimating the amount of infiltration applied to the apparatus and method for estimating wastewater pollution loading using the L-THIA ACN-WQ model according to the present invention.
FIGS. 7 to 9 are views for explaining results of application of multiple virtual points applied to an apparatus and method for evaluating watershed pollution loading using the L-THIA ACN-WQ model according to the present invention.
FIGS. 10 and 11 are views for explaining the results of reflection of a river repair structure applied to an apparatus and method for estimating wastewater pollution loading using the L-THIA ACN-WQ model according to the present invention.
FIGS. 12 to 15 are diagrams for explaining the results of automatic parameter calibration applied to an apparatus and method for estimating wastewater pollution loading using the L-THIA ACN-WQ model according to the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이하, 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, the same reference numerals will be used for the same constituent elements in the drawings, and redundant explanations for the same constituent elements will be omitted.

먼저, 본 발명은 개선된 L-THIA ACN-WQ 모형과 Machine Learning기반의 오염부하 평가시스템을 접목하여 Web-GIS 기반 L-THIA ACN-WQ 시스템 구축을 통한 실시간 일단위 유량과 TN, TP를 예측하는 것에 있다.First, the present invention combines the improved L-THIA ACN-WQ model with a pollution load evaluation system based on machine learning, and real-time daily flow rate and TN and TP are predicted through construction of L-THIA ACN-WQ system based on Web-GIS .

그리고, 본 발명의 연구 대상 유역은 녹조로 인해 다양한 문제가 발생되고 있는 낙동강 유역(Kim etal.,2017,Song,2017)의 상류 유역인 낙본C 총량단위유역을 선정하였다. 낙본C는 낙동강 유역 내 설치된 상주보, 낙단보, 구미보, 칠곡보, 강정보, 달성보, 합천보, 함안보 중 가장 상류에 설치되어 있는 상주보 상류의 총량단위유역으로 최상류 유역의 영양염류 관리가 유료연장 400.7㎞ 에 이르는 본류의 조류 성장 및 관리에 지속적으로 영향을 미칠 것으로 판단되어 낙본C를 연구 대상지역을 선정하였다. 낙본C 상류에는 낙본A, 낙본B, 반변A, 반변B, 용전A, 길안A, 미천A 총량 단위유역으로 구분되어 있으며, 2015년 기준 총량 이행평가에서 낙본B, 낙본C는 TP에 대하여 목표를 달성하지 못한 것으로 보고된 바가 있다. 그리고 낙본C에는 안동댐이, 반변B에는 임하댐이 위치해 있으며, 임하댐은 2002년과 2003년 태풍의 영향으로 고탁수의 수질이 큰 사회적 문제로 대두되었고, 2007년 소양호, 도암호, 광주광역시와 같이 우리나라 최초의 비점오염관리지역으로 지정되었던 곳이다.In addition, the study watershed of the present invention was selected as an aggregate watershed of the total amount of C, which is the upper basin of the Nakdong River basin (Kim et al., 2017, Song, 2017) Cave is the total unit of watershed of Sangju-Bo, which is located in the uppermost stream of Sangju-Bo, Nyeon-dongbo, Kumi-ba, Chilgokbo, The management area was selected as the area to be surveyed because it was expected that the management would continuously affect the growth and management of mainstream birds of 400.7 km. The upper part of class C is divided into the class A, Class B, Class A, Class B, Class Y, Class A, Class G, Class A, It has been reported that it has not been achieved. In addition, the water quality of the high turbid water has become a social problem due to the influence of the typhoon in 2002 and 2003, and in 2007 the water quality of Soo Yang Lake, Doam Lake, Gwangju Metropolitan City, It was designated as the first non-point pollution control area.

도 1은 본 발명에 따른 L-THIA ACN-WQ 모델을 이용한 유역 오염부하량 평가 장치의 구성을 설명하는 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an apparatus for evaluating watershed pollution load using an L-THIA ACN-WQ model according to the present invention. FIG.

도 1을 참조하여 설명하면, L-THIA ACN-WQ 모델을 이용한 유역 오염부하량 평가 장치(100)는 크게 기초자료 입력부(110), 유출곡선지수 산정부(120), 직접유출량 산정부(130), 기저유출량 산정부(140), 하도추적 산정부(150), 매개변수 설정부(160), 오염부하량 산정부(170) 및 오염부하량 평가부(180)를 포함한다.1, the watershed pollution loading evaluation apparatus 100 using the L-THIA ACN-WQ model mainly comprises a basic data input unit 110, an outflow curve index calculation unit 120, a direct outflow calculation unit 130, A basin runoff calculation section 140, a bottom runoff calculation section 150, a parameter setting section 160, a pollutant load calculation section 170 and a pollutant load evaluation section 180.

기초자료 입력부(110)는 기상지점별 일 강수량, 일 평균온도, 일사량, 일조시간을 포함하는 기상정보, 수리지형정보 및 토양정보 중 적어도 어느 하나를 포함하는 기초자료를 입력받는다.The basic data input unit 110 receives basic data including at least one of daily precipitation, daily average temperature, solar radiation, weather information including the daylight time, hydraulic terrain information, and soil information for each weather spot.

기초자료 입력부(110)는 시간적 변화를 고려하기 위한 일 강수량, 일 평균온도, 일사량, 일조시간의 기상자료와 공간적 분포를 고려하기 위한 수치표고모델(DigitalElevation Model,DEM), 토지이용도, 수문학적 토양그룹도 자료를 필요로 한다. 기상정보는 기상청의 종관기상관측소 중 태백, 봉화, 안동, 의성, 영덕지점의 관측자료를 구축하였으며, DEM은 국립지리원에서 제공하는 수지지형도를 통해 구축하였다. 그리고 토지이용도는 환경부 중분류 토지피복도, 수문학적 토양그룹도는 농촌진흥청에서 제공하는 토양도를 통해 구축하였다.The basic data input unit 110 includes a digital elevation model (DEM), a land use map, a hydrological map, and a hydrological model to take into account temporal changes in daily precipitation, daily average temperature, solar radiation, Soil groups also need data. The meteorological information was constructed from observational data of Taebaek, Bonghwa, Andong, Ueseong and Yeongdeok branches of meteorological stations of the Korea Meteorological Agency. DEM was constructed through the topographical map provided by the National Geography Center. Land use degree is constructed by the land cover map of the Ministry of Environment, and the hydrological soil group is constructed through the soil map provided by the RDA.

유출곡선지수 산정부(120)는 입력된 기초자료를 토대로 유효우량을 추정하는 유출곡선지수(Curve Number:CN)를 산정한다.The outflow curve index calculation unit 120 calculates an outflow curve index (CN) that estimates the effective rainfall based on the input basic data.

유출곡선지수 산정부(120)는 기상정보의 강수량과 토양정보의 토지이용도 및 수문학적 토양그룹도 정보의 보정상수를 이용하여 유출곡선지수를 산정하며 이는 하기의 수식 1과 같다.The outflow curve index calculator 120 calculates the outflow curve index using the information of the precipitation amount of the weather information, the land use degree of the soil information, and the correction constant of the information of the hydrologic soil group.

[수식 1][Equation 1]

Figure 112018074158918-pat00001
Figure 112018074158918-pat00001

여기서, CN은 CurveNumber, P는 강수량(mm), k는 토지이용 및수문학적 토양그룹별 보정상수를 의미함.Where CN is the CurveNumber, P is the precipitation (mm), and k is the calibration constant for the land use and hydrologic soil group.

직접유출량 산정부(130)는 산정된 유출곡선지수를 토대로 유역 내 모든 수문반응단위(Hydrologic Response Unit: HRU)에서 하천까지 도달하는 직접유출량을 산정한다. 직접 유출량 산정식은 하기의 수식 2 및 수식 3으로 이루어진다. The direct runoff calculation unit 130 calculates the direct runoff from the hydrologic response unit (HRU) in the watershed to the river based on the calculated runoff curve index. The direct discharge amount calculation formula is expressed by the following equations (2) and (3).

[수식 2][Equation 2]

Figure 112018074158918-pat00002
Figure 112018074158918-pat00002

여기서,

Figure 112018074158918-pat00003
는 HRU별 발생되는 직접유출량(mm), P는 강수량(mm), S는 유역의 최대잠재보유수량(mm),
Figure 112018074158918-pat00004
는 CN값을 의미함.here,
Figure 112018074158918-pat00003
(Mm), P is the amount of precipitation (mm), S is the maximum potential quantity (mm) of the watershed,
Figure 112018074158918-pat00004
Means the CN value.

[수식 3][Equation 3]

Figure 112018074158918-pat00005
Figure 112018074158918-pat00005

여기서,

Figure 112018074158918-pat00006
는 하천으로 배출되는 최종 직접유출량(mm),
Figure 112018074158918-pat00007
는 하루에 하천까지 도달되는 직접유출량(mm),
Figure 112018074158918-pat00008
는 전날에 유달된 직접유출량(mm),
Figure 112018074158918-pat00009
는 유달계수, TC는 time of concentration (hour)을 의미함.here,
Figure 112018074158918-pat00006
(Mm) of the final direct discharge to the stream,
Figure 112018074158918-pat00007
Is the direct discharge (mm) that reaches the stream per day,
Figure 112018074158918-pat00008
(Mm), which was released on the previous day,
Figure 112018074158918-pat00009
Is the supply coefficient, and TC is the time of concentration (hour).

기저유량 산정부(140)는 산정된 직접유출량에 유출곡선지수에 따라 기 도출된 침투량 초기 손실량 계수를 이용하여 침투량을 결정하고, 결정된 침투량을 토대로 대수층으로 유입되는 물의 양과 하천으로 흘러가는 기저유출량을 산정한다.Based on the determined infiltration amount, the amount of water flowing into the aquifer and the base flow rate flowing into the stream are calculated based on the infiltration amount using the infiltration initial loss coefficient previously calculated according to the calculated outflow curve index, .

기저유출량 산정부(140)는 유출곡선지수를 기 설정된 단위로 감소시키면서 감소된 유출곡선지수를 통해 산정되는 초기 손실량이 기 설정된 단위로 감소되기 전의 유출곡선지수 보다 커야한다는 기준을 토대로 초기 손실량 계수를 도출한다.Based on the criterion that the initial loss amount estimated through the reduced outflow curve index should be larger than the outflow curve index before decreasing in the predetermined unit while decreasing the outflow curve index in a predetermined unit, .

하도추적 산정부(150)는 산정된 직접유출량 및 기저유출량을 토대로 하천에서의 유량을 결정한다.The descending section 150 determines the flow in the stream based on the estimated direct runoff and base runoff.

즉, 하도추적 산정부(150)는 하천으로 유입되는 직접유출량과 기저유출량을 수문학에서 하도추적과정에 많이 사용되는 Muskingum method를 이용하여 하천에서의 유량을 결정하게 된다That is, the descending section 150 determines the flow rate in the stream by using the Muskingum method, which is used in the hydrology process, for the direct flow rate and the base flow rate flowing into the river

매개변수 설정부(160)는 실시간으로 입력되는 기초자료를 이용하여 매개변수를 도출하고 보정한다. 매개변수 설정부(160)는 낙본C를 말단으로 유역 내 총량 6개 지점과 댐 2개 지점 총 8개 지점의 유량, 수질 측정 성과를 통해 소유역별 최적 매개변수를 도출하는 방법을 이용하여 52개 매개변수를 보정할 수 있다.The parameter setting unit 160 derives and corrects parameters using basic data input in real time. The parameter setting unit 160 uses the method of deriving the optimal parameters for each sub-area through the flow rate and water quality measurement results of six points in the watershed and eight points in two dams, The parameters can be calibrated.

이를 위해, 매개변수 설정부(160)는 제1 매개변수 도출부(161), 제2 매개변수 도출부(162) 및 매개변수 보정부(163)를 포함한다.For this, the parameter setting unit 160 includes a first parameter derivation unit 161, a second parameter derivation unit 162, and a parameter correction unit 163.

제1 매개변수 도출부(161)는 유역 말단을 대상으로 해당 유역 전체의 전체유역 매개변수를 도출한다. 전체유역 매개변수는 유역 내 모든 소유역에 동일한 매개변수를 적용하는 것으로 소규모의 유역에 적용된다.The first parameter derivation unit 161 derives the entire watershed parameter of the entire watershed from the watershed end. All watershed parameters apply to small watersheds by applying the same parameters to all subwatersheds in the watershed.

제2 매개변수 도출부(162)는 유역 내 다중 보정 지점을 통해 소유역별 매개변수를 도출한다. 소유역별 매개변수는 상류지점에서 하류지점으로 하천 흐름에 따라 단계적으로 자동보정이 가능하여 규모가 큰 유역에 적용된다.The second parameter derivation unit (162) derives the own station-specific parameters via multiple correction points in the watershed. The parameters for each station are applied to large watersheds, which can be automatically calibrated step by step according to river flow from the upstream point to the downstream point.

매개변수 보정부(163)는 기초자료 입력시마다 도출된 전체유역 매개변수 및 소유역별 매개변수를 실시간으로 보정한다.The parameter correcting unit 163 corrects the entire watershed parameter and the parameter for each owning station derived in real time in each basic data input.

매개변수 보정부(163)는 모형의 활용 목적 및 가용 가능한 보정 자료 등을 고려하여 Machine Learning을 이용한 일유량 확장 및 Deep Learning 이용한 이상치 제거를 통해 모형의 최적 매개변수를 보정하게 된다.The parameter correcting unit 163 corrects the optimal parameters of the model by removing the outlier using the work flow expansion and the deep learning using the machine learning in consideration of the purpose of the model and the available correction data.

보다 자세하게, 총량측정망에서는 평균 8일 간격으로 유량과 수질을 측정하고 있는데, 총량측정망의 측정 간격은 하천의 연간 유황특성을 반영하기에는 한계가 있다.More specifically, the gauging network measures the flow rate and water quality on an average of 8 days intervals. The gauging interval of the gauging network has a limit to reflect the annual sulfur characteristics of the stream.

특히 총량측정망은 주로 조사원이 직접 모니터링을 수행하기 때문에 모니터링시 조사원의 안전이 고려되어 집중 강우나 장마철, 즉 고유량에 대한 측정성과가 부족하다. 이러한 총량측정망 자료를 통한 모형 매개변수 보정시 고유량에 대한 불확실성이 크게 발생될 수 있는 문제점이 있다. 이에 본 발명에서는 구글에서 오픈소스 형태로 공개한 기계학습(Machine Learning) 라이브러리인 텐서플로를 활용하여 개발한 낙동강유역 총량지점 일유량 확장 관계식을 연구대상 유역의 말단지점인 낙본C에 적용하여 평균 8일 간격 유량자료를 일유량 자료로 확장하여 보정 자료로 활용하였다. In particular, because the surveyor performs the monitoring directly, the safety of the surveyor is taken into consideration in the monitoring, and the measurement result of the concentrated rainfall or the rainy season, that is, the high flow rate is lacking. There is a problem that the uncertainty about the high flow rate can be greatly generated when the model parameters are corrected through the data of the gauging network. Accordingly, in the present invention, the daily flow expansion relation of the Nakdong River basin total point branch developed by utilizing Tenson Flow, a machine learning library disclosed by Google in an open source form, is applied to the end point C of the study watershed, The daily interval flow data was extended to the daily flow data and used as correction data.

그리고 Web-GIS 기반의 시스템 구축에 가장 중요한 요소는 모형의 예측 정확성을 지속적으로 유지하는 것이다. 특히 유량 예측에 불확실성이 커질 경우 오염부하량 예측에도 전파되어 불확실성이 발생하게 된다. 본 발명에 따른 L-THIA ACN-WQ 2모형은 예측치와 실측치 간의 불확실성을 줄이고자 자동 보정 모듈을 개발하여 최적 매개변수를 도출하고 있다. 하지만 실측치 자체의 이상치가 존재할 경우 최적 매개변수 도출에 큰 영향을 미치게 된다. 이에 실측치의 이상치를 제거하기 위해 Deep Learning 기술을 적용하였다. Deep Learning은 인공신경망 모델이 발전된 형태로 알고리즘을 이용해 데이터를 분석하고 학습하며, 학습한 내용을 기반으로 예측을 하는 기술이다. Deep Learning은 입력값(Input)과 출력값(Output) 사이에 여러 개의 은닉층(Hidden Layer)을 구성하고 이 사이에서 복잡한 비선형 관계 모델링이 이루어진다. 은닉층이 많아질수록 더욱 복잡한 비선형 관계 모델링이 이루어지지만 연산시간이 비례적으로 증가하여 목적에 맞게 은닉층을 구성하는 것이 중요하다.And the most important factor in constructing a system based on Web-GIS is to maintain the accuracy of the model prediction. Especially, when the uncertainty in the prediction of the flow rate is increased, it is propagated to the prediction of the pollutant load to cause uncertainty. The L-THIA ACN-WQ 2 model according to the present invention develops an automatic correction module to reduce the uncertainty between the predicted value and the measured value, thereby deriving the optimum parameter. However, the presence of anomalies in the measured values has a great influence on the derivation of the optimal parameters. Deep learning technology was applied to remove the anomalies of the measured values. Deep Learning is an advanced artificial neural network model that uses algorithms to analyze and learn data, and to make predictions based on learned data. Deep Learning consists of several hidden layers between input and output, and complex nonlinear relationship modeling is performed between them. Although more complicated nonlinear relationship modeling is performed as the number of hidden layers increases, the computation time increases proportionally and it is important to construct a hidden layer for the purpose.

따라서, 본 발명에서는 Deep Learning을 위한 이상치 제거 적용을 위해 환경부 총량측정망 지점에서 일유량 관측이 이루어지며 상류에서 국토부 일유량 관측지점이 운영되는 지점인 낙본B 총량단위유역 지점을 시범적용 대상지점으로 선정하였다. 구글 텐서플로의 Deep Learning 알고리즘을 통해 낙본B 지점의 국토부 일유량 관측소인 양삼지점의 유량자료와 상류 유역의 도천지점의 수위, 유량 자료를 통해 학습을 시켰고, 학습결과에 낙본B의 총량 평균 8일 간격 유량 자료를 적용시켜 측정치의 이상 유무를 판단하고 보정자료로 적용될 때 이상치는 제거하도록 하였다. Therefore, in the present invention, for the application of the removal of outliers for the deep learning, one flow volume observation is performed at the branch of the total amount measurement network of the Ministry of Environment, and a unit volume branch of the total volume B, which is the point where the one- Respectively. Through the Deep Learning algorithm of Google's Tensor Flow, the flow data of the Yangsan branch, which is the national land flow monitoring station at the B site, and the water level and the flow data of the upper stream basin of Dochun point were studied. The flow rate data were used to determine the abnormality of the measured values and to remove the abnormal values when applied as calibration data.

오염부하량 산정부(170)는 산정된 직접유출량 및 기저유출량을 토대로 오염부하량을 산정한다. The pollutant load calculation unit 170 calculates the pollutant load based on the calculated direct outflow amount and the base runoff amount.

오염부하량 산정부(170)는 산정된 직접유출량 및 기저유출량과 실시간으로 도출되는 전체유역 매개변수와 소유역별 매개변수, 총량측정망 유량 및 수질 자료를 이용하여 확장된 일유량 자료를 이용하여 오염부하량(실시간 일단위 유량과 TN, TP)을 산정한다.The pollutant load calculation unit 170 calculates the pollutant load (the amount of pollutant load) by using the calculated direct flow amount and base flow amount, the entire watershed parameter derived in real time, Real-time daily flow rate and TN and TP).

오염부하량 산정부(170)는 총량측정망의 평균 8일 간격 유량 및 수질 측정자료와 확장된 일유량 자료를 이용함에 있어, 일유량 확장시 총량측정망에서 측정된 유량 및 수질자료는 그대로 두고 유량 결측 일자에 대해서만 보간 개념으로 적용한 것이다. 즉, 실측 유량 및 수질, 이를 통해 산정된 오염부하 값을 기반으로 결측일에 대한 유량만 보간하여 전체 유황특성이 고려된 오염부하 평가가 이루어지도록 하였다.The pollutant load calculation unit 170 uses an average 8-day interval flow rate and water quality measurement data and an expanded daily flow data of the total amount measurement network. The flow rate and water quality data measured in the total flow measurement network during the one- As the interpolation concept. In other words, based on the actual flow rate and water quality, and the pollutant load value calculated through the calculation, only the flow rate for the measurement date is interpolated so that the pollutant load evaluation considering the entire sulfur characteristics is made.

오염부하량 평가부(18)는 산정된 오염부하량을 오염부하지속곡선(Load Duration Curve:LDC)으로 도식화하거나 일유량과 목표수질을 통해 도식화된 표준부하지속곡선(Standard Load Duration Curve)과 일유량과 실측 수질자료를 통해 도식화된 관측부하지속곡선(Observed Load Duration Curve)를 비교하는 유량-부하량곡선(Q-L Rating Curve,QLRC)을 도식화하여 오염부하량을 평가한다.The pollutant load evaluating unit 18 calculates the estimated pollutant load by a load duration curve (LDC) or a standard load duration curve drawn through the daily flow rate and the target water quality, The QL Rating Curve (QLRC), which compares the Observed Load Duration Curve plotted with the actual water quality data, is used to evaluate the pollutant load.

도 2는 본 발명에 따른 L-THIA ACN-WQ 모델을 이용한 유역 오염부하량 평가 방법의 순서를 설명하는 순서도이다.FIG. 2 is a flowchart illustrating a procedure of a method for evaluating wastewater pollution loading using the L-THIA ACN-WQ model according to the present invention.

도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 L-THIA ACN-WQ 모델을 이용한 유역 오염부하량 평가 방법은 앞서 설명한 L-THIA ACN-WQ 모델을 이용한 유역 오염부하량 평가 장치를 이용하는 것으로, 이하 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Referring to FIG. 2, the watershed pollution load evaluation method using the L-THIA ACN-WQ model according to the present invention uses the above-described L-THIA ACN-WQ model watershed pollution load evaluation apparatus, A description thereof will be omitted.

먼저, 기상지점별 일 강수량, 일 평균온도, 일사량, 일조시간을 포함하는 기상정보, 수리지형정보 및 토양정보 중 적어도 어느 하나를 포함하는 기초자료를 입력받는다(S100).First, basic data including at least one of weather information, hydraulic terrain information, and soil information including daily precipitation amount per day, daily average temperature, irradiation amount, daylight time, and the like is input (S100).

S100은 시간적 변화를 고려하기 위한 일 강수량, 일 평균온도, 일사량, 일조시간의 기상자료와 공간적 분포를 고려하기 위한 수치표고모델(Digital Elevation Model, DEM), 토지이용도, 수문학적 토양그룹도 자료를 필요로 한다. S100 is a digital elevation model (DEM) to take into account the weather and spatial distribution of daily precipitation, daily mean temperature, solar radiation, and daylight hours to consider temporal changes, land use, hydrological soil group data .

다음, 입력된 기초자료를 토대로 유효우량을 추정하는 유출곡선지수(Curve Number: CN)를 산정한다(S110).Next, an outflow curve index (CN) for estimating the effective rainfall is calculated based on the input basic data (S110).

S110 단계는 기상정보의 강수량과 토양정보의 토지이용도 및 수문학적 토양그룹도 정보의 보정상수를 이용하여 유출곡선지수를 산정한다.In step S110, the outflow curve index is calculated using the precipitation amount of the meteorological information, the land use degree of the soil information, and the correction constant of the hydrologic soil group information.

다음, 산정된 유출곡선지수를 토대로 유역 내 모든 수문반응단위(Hydrologic Response Unit: HRU)에서 하천까지 도달하는 직접유출량을 산정한다(S120).Next, the direct runoff from the hydrologic response unit (HRU) in the watershed to the river is calculated (S120) based on the calculated runoff curve index.

다음, 산정된 직접유출량에 유출곡선지수에 따라 기 도출된 침투량 초기 손실량 계수를 이용하여 침투량을 결정하고, 결정된 침투량을 토대로 대수층으로 유입되는 물의 양과 하천으로 흘러가는 기저유출량을 산정한다(S130).Next, the infiltration amount is determined using the infiltration initial loss coefficient derived from the inflow curve index based on the calculated direct discharge amount, and the amount of water flowing into the aquifer based on the determined infiltration amount and the base flow rate flowing into the stream are calculated (S130).

S130 단계에서, 유출곡선지수를 기 설정된 단위로 감소시키면서 감소된 유출곡선지수를 통해 산정되는 초기 손실량이 기 설정된 단위로 감소되기 전의 유출곡선지수 보다 커야한다는 기준을 토대로 초기 손실량 계수를 도출한다.In step S130, the initial loss coefficient is derived based on a criterion that the initial loss amount estimated through the reduced outflow curve index should be larger than the outflow curve index before decreasing in the predetermined unit while decreasing the outflow curve index in a predetermined unit.

다음, 산정된 직접유출량 및 기저유출량을 토대로 하천에서의 유량을 결정한다(S140).Next, the flow rate in the river is determined based on the calculated direct flow rate and the base flow rate (S140).

다음, 오염부하량 산정부는 산정된 직접유출량 및 기저유출량을 토대로 오염부하량을 산정한다(S150).Next, the pollution load calculation unit calculates the pollution load based on the calculated direct discharge amount and the base flow rate (S150).

S150 단계는 오염부하량 산정부는 산정된 직접유출량 및 기저유출량과 실시간으로 도출되는 전체유역 매개변수와 소유역별 매개변수, 총량측정망 유량 및 수질 자료를 이용하여 확장된 일유량 자료를 이용하여 오염부하량을 산정한다.In step S150, the pollutant load calculation unit calculates the pollutant load using the calculated direct flow rate and base flow rate, the entire watershed parameter derived in real time, the parameters by the geographical area, the gross mass flow rate data, and the expanded water flow data do.

또한, S150 단계 이전에 실시간으로 입력되는 기초자료를 이용하여 매개변수를 도출하고 보정한다(S145).In addition, parameters are derived and corrected using basic data input in real time before step S150 (S145).

다음, 산정된 오염부하량을 오염부하지속곡선(Load Duration Curve: LDC)으로 도식화하거나 일유량과 목표수질을 통해 도식화된 표준부하지속곡선(Standard Load Duration Curve)과 일유량과 실측 수질자료를 통해 도식화된 관측부하지속곡선(Observed Load Duration Curve)를 비교하는 유량-부하량곡선(Q-L Rating Curve, QLRC)을 도식화하여 오염부하량을 평가한다(S160).Next, the estimated pollutant loads are plotted with a Load Duration Curve (LDC), or a standard load duration curve plotted through daily flow and target water quality is plotted through daily flow and actual water quality data The QL Rating Curve (QLRC), which compares the Observed Load Duration Curve, is evaluated to evaluate the pollutant load (S160).

도 3 내지 도 6은 본 발명에 따른 L-THIA ACN-WQ 모델을 이용한 유역 오염부하량 평가 장치 및 방법에 적용되는 침투량 산정 방법 개선에 대한 결과를 설명하기 위한 도면이다.FIGS. 3 to 6 are diagrams for explaining the results of improvement of the method for estimating the amount of infiltration applied to the apparatus and method for estimating wastewater pollution loading using the L-THIA ACN-WQ model according to the present invention.

침투량 산정 방법 개선Improved method of estimating the amount of permeation

기존의 L-THIA ACN-WQ 모형의 침투량 산정은 초기손실량을 직접유출량 산정시와 동일한 계수 0.2와 최대잠재보유수량 S를 적용하여 유출곡선지수가 작을 때는 초기손실량이 높아 침투량이 없는 것으로 산정되는 문제점이 발생한다.The initial loss of L-THIA ACN-WQ model is calculated by assuming that the initial loss is the same as that of the direct runoff, and that the initial loss is high when the runoff curve is small Lt; / RTI >

유출곡선지수가 99일 때 초기손실량 산정 계수 0.2를 적용하면 초기손실량은 0.5131, 유출곡선지수가 98일 때 초기손실량 계수 0.2를 적용하면 초기손실량은 1.0367으로 CN 99보다 초기손실량이 더 커진다. 이는 직접유출량에서의 초기손실량 개념을 그대로 적용한 것으로 유출곡선지수가 98일 때 초기손실량 계수를 0.098968까지 낮춰야 유출곡선지수 99보다 초기손실량이 작은 0.5130으로 산정된다. 따라서 본 발명에서는 강우량-유출곡선지수에 따른 침투량 초기손실량 산정 계수들을 도출하였다.Applying the initial loss factor of 0.2 when the outflow curve index is 99 and the initial loss factor of 0.2 when the outflow curve index is 98, the initial loss is 1.0367 and the initial loss is larger than CN 99. This is because the initial loss concept in the direct runout is applied as it is. When the runoff curve index is 98, the initial loss coefficient should be lowered to 0.098968, so that the initial loss is smaller than the runoff curve index 99, which is 0.5130. Therefore, in the present invention, the infiltration initial loss estimating coefficients according to the rainfall-runoff curve index are derived.

이렇게 도출된 초기손실량 계수의 검증을 위해 초기손실량 계수를 통한 침투량 산정 결과와 Green-Ampt모형을 통한 침투량 산정 결과를 비교하였다.In order to verify the initial loss factor, we compute the infiltration rate using the initial loss factor and the infiltration rate using the Green-Ampt model.

Green-Ampt모형을 이용한 침투량 산정은 강우량 5, 10, 30, 50mm를 기준으로 사양토, 식양토, 양토별 토양수분함량 변화와 흡인수두 변화에 따른 침투량 범위를 산정하였다. 그리고 토양수분함량은 토양 특성별 공극률과 유효공극률의 최대-최대, 최대-최소, 최소-최소를 적용하였으며, 흡인수두는 최대, 최소 2가지로 총 6가지 조건을 고려하였다. 그리고 개선된 침투량 산정방법을 통해 밭의 AMC-II기준 유출곡선지수 범위 58에서 88사이의 침투량을 산정하였다.The green-ampt model was used to estimate the amount of penetration of soil, clay loam, and loam soil with varying soil moisture content and suction head variation with rainfall of 5, 10, 30, and 50 mm. Soil moisture content was calculated by applying maximum - maximum, maximum - minimum, minimum - minimum porosity and effective porosity of each soil characteristics. And an improved penetration calculation method was used to estimate the penetration between 58 and 88 in the AMC-II standard runoff curve index of the field.

Green-Ampt 모형을 통한 침투량 산정 결과 강우량 30㎜ 기준 사양토 27.60m㎜~30.00㎜, 평균 28.66㎜, 식양토 3.45㎜~12.46㎜, 평균 6.73㎜, 양토 9.04㎜~20.17㎜, 평균 12.14㎜로 밭 토양의 침투량은 평균 15.8㎜로 나타났다. 밭의 AMC-II기준 유출곡선지수 범위는 58에서 88로 알려져 있다. 강우량 30mm 기준으로 개선된 침투량 산정 방법을 통한 침투량 범위는 도 3에 도시된 바와 같이 최소 10.91㎜~22.34㎜로 유출곡선지수 방법을 통한 밭의 침투량 평균은 17.6㎜로 나타났다. 이렇게 강우 30㎜ 기준 3개 토양 6가지 조건에 따른 Green-Ampt 모형의 침투량은 평균 15.8㎜이며, 본 발명을 통해 개선된 유출곡선지수 기반 침투량 산정 방법의 밭의 침투량은 평균 17.6㎜로 약 1.8㎜의 편차가 있는 것으로 나타났다. 강우량 5㎜에서 약 0.8㎜, 10㎜에서 약 0.9㎜, 50㎜에서 6.6㎜로 Green-Ampt모형과 본 연구를 통해 개선된 침투량 산정 방법 간에 비교적 편차가 작은 것으로 나타났다. 또한, 도 3과 같이 개선된 침투량 산정 방법에 따른 침투량이 Green-Ampt모형을 통해 산정된 침투량 25percentile~75percentile 범위 내에 대다수 포함되어 유효한 침투량 결과가 산정된 것으로 판단된다.The amount of infiltration through Green-Ampt model was estimated to be 27.60m ~ 30.00㎜, average 28.66㎜, clay soil 3.45 ~ 12.46㎜, average 6.73㎜, loam 9.04 ~ 20.17㎜, average 12.14㎜, The penetration amount was 15.8mm on average. The AMC-II standard runoff curve index range of the field is known as 58 to 88. As shown in Fig. 3, the range of infiltration through the improved method of estimating the infiltration amount based on the rainfall amount of 30 mm was at least 10.91 mm to 22.34 mm, and the average infiltration amount of the field through the outflow curve method was 17.6 mm. Amount of infiltration of Green-Ampt model according to 6 conditions of 30mm of rainfall is 15.8mm on average. The infiltration amount of the field by the method of estimating infiltration based on the outflow curve index according to the present invention is 17.6mm, Of the respondents. The green-Ampt model and the improved method of estimating the amount of infiltration were found to be small, from about 0.8 mm at rainfall of 5 mm to about 0.9 mm at 10 mm and from 6.6 mm at 50 mm. In addition, as shown in FIG. 3, it is considered that the penetration amount according to the improved permeation amount calculation method is included in the range of 25 ppm to 75 ppm calculated from the Green-Ampt model.

이렇게 도출된 유출곡선지수에 따른 초기손실량 계수를 활용하여 침투량 산정시 활용되는 유출곡선지수에 따라 차등적으로 적용할 수 있는 초기손실량 계수 산정 관계는 도 4와 같고 이에 대한 수식 4와 같다.Figure 4 shows the relationship between the initial loss factor and the initial loss factor, which can be applied differently according to the outflow curve index used in calculating the infiltration rate.

[수식 4][Equation 4]

Figure 112018074158918-pat00010
Figure 112018074158918-pat00010

이렇게 도출된 관계식을 이용하여 침투량을 산정한 결과는 도 5와 같이 기존 L-THIA ACN-WQ모형의 침투량 산정 결과에 비해 낮은 유출곡선지수에서 적은 강우량에서도 침투량이 발생되며, 도 6과 같이 강우량 증가에 따라 침투량의 증가가 크게 나타나고 있다.As shown in FIG. 5, the infiltration amount is calculated using the relational expression thus obtained, and the infiltration amount is generated even at a low rainfall amount at a low outflow curve index compared with the infiltration amount calculation result of the existing L-THIA ACN-WQ model. The increase in the amount of penetration is remarkable.

기존 L-THIA ACN-WQ 모형에서 유출곡선지수가 55일 때 강우 50㎜에서 직접유출량은 0.33㎜, 침투량은 12.62㎜로 이는 증발산량을 강우량의 40% 라고 가정해도 물수지 분석에서 약 17㎜ 정도의 불확실성이 발생되는데, 본 발명에 따른 L-THIAACN-WQ 모형에서는 침투량은 33.54㎜로 물수지 분석에서 약 4㎜ 정도의 불확실성이 발생되어, 기존 L-THIA ACN-WQ 모형에 비해 불확실성이 크게 감소되었다. 이는 유량 모의시 침투량-기저유출 변화에 따라 유량 모의에 큰영향을 줄 것으로 판단된다.In the case of the existing L-THIA ACN-WQ model, the direct runoff at the rainfall of 50 mm was 0.33 mm and the infiltration was 12.62 mm when the runoff curve index was 55. This means that even if the evapotranspiration is 40% Uncertainty is generated. In the L-THIAACN-WQ model according to the present invention, the infiltration amount is 33.54 mm, and uncertainty about 4 mm is generated in the water balance analysis, and the uncertainty is greatly reduced compared to the existing L-THIA ACN-WQ model . This implies that flow simulations will have a significant effect on the flow rate simulation.

도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 L-THIA ACN-WQ 모델을 이용한 유역 오염부하량 평가 장치 및 방법에 적용되는 다중 가상지점 적용에 대한 결과를 설명하기 위한 도면이다.FIGS. 7 to 9 are views for explaining results of application of multiple virtual points applied to an apparatus and method for evaluating watershed pollution loading using the L-THIA ACN-WQ model according to the present invention.

다중 가상지점 적용Apply multiple virtual points

기존의 L-THIA ACN-WQ 모형에서 기상자료는 강우, 기온, 일조시간, 일사량으로 독립된 4개의 파일로 구성되지만, 본 발명에 따른 L-THIA ACN-WQ 모형의 기상자료 형식은 기상지점별 독립된 파일에 강우, 기온, 일조시간, 일사량이 구성되며, 각 독립된 파일은 소유역별로 할당되어, 해당 소유역에서는 할당된 기상파일의 기상자료 입력자료로 활용되도록 하였다.In the existing L-THIA ACN-WQ model, the meteorological data consists of four files that are independent of rainfall, temperature, sunshine hours and solar radiation. However, the weather data format of the L-THIA ACN-WQ model according to the present invention is independent The files consist of rainfall, temperature, sunshine hours, and solar radiation. Each independent file is assigned to each subwatershed and used as meteorological data input data for assigned weather files.

다중 기상지점 적용에 따른 개선효과 분석을 위해 평창A 유역에 제천, 정선, 원주, 영월 다중 기상지점을 적용하였을 때와 영월 단일 기상지점만을 적용하였을 경우,고부A 유역에 고창, 정읍, 부안 다중 기상지점을 적용하였을 때와 부안 단일 기상지점만을 적용하였을 경우의 유량 특성을 분석하였다.When the Jecheon, Jungsun, Wonju, and Yeongwol multi weather stations were applied to Pyeongchang A watershed and only Yeongwol single weather stations were applied to analyze the improvement effect by applying multiple weather stations, Koh Chang, Jeongeup, Buan multi weather And the flow characteristics of the buoyant single station were analyzed.

평창A 유역에서 단일 기상지점 적용시 모의기간 동안 최대유량은 855.4㎥/s, 평균 유량은 45.6㎥/s, 다중기상지점 적용시 최대유량은 886.1㎥/s, 평균유량은 59.9㎥/s, 최대 유량은 약 30㎥/s, 평균유량 약 14㎥/s 이상 차이가 발생되는 것으로 나타났으며, 고부A 유역은 단일 기상지점 적용시 모의기간 동안 최대유량은 108.8㎥/s, 평균유량은 2.8㎥/s, 다중기상지점 적용시 최대유량은 192.5㎥/s, 평균유량은 59.9㎥/s, 최대 유량은 약 30㎥/s, 평균유량 약 4.8㎥/s 이상 차이가 발생되는 것으로 나타났다.The maximum flow rate was 855.4㎥ / s, the average flow rate was 45.6㎥ / s, the maximum flow rate was 886.1㎥ / s, the average flow rate was 59.9㎥ / s, and the maximum flow rate The maximum flow rate was 108.8㎥ / s and the mean flow rate was 2.8㎥ / s during the simulation period in the case of a single meteorological station. / s, the maximum flow rate is 192.5㎥ / s, the average flow rate is 59.9㎥ / s, the maximum flow rate is about 30㎥ / s, and the average flow rate is about 4.8㎥ / s.

적용한 2개 유역 모두 다중 기상지점 적용에 따라 유량 모의값이 증가되었으며, 상대적으로 평창A 유역에 비해 규모가 작은 고부A 유역에서 다중기상지점 적용에 따라 최대유량과 평균 유량이 약 2배 정도 이상 차이가 발생되었다.In the two watersheds, the flow simulation value was increased according to the application of the multiple meteorological stations, and the maximum flow rate and average flow rate were about twice or more difference .

도 7의 유량지속곡선을 보면 다중 기상지점 적용에 따라서 평창A와 고부A 유역 모두 유황 구간이 크게 달라지는 것으로 나타났다. 도 8 및 도 9에서 고부A 유역의 FDC 그래프는 평창A 유역에 비해 변동 특성이 뚜렷하게 나타났다. 특히 저유량 부분에 대해서 큰 차이가 나타는데, 단일 기상지점을 이용할 경우에 동일한 날짜에 대해 유역 내 모든 수문반응단위(Hydrologic Response Unit, HRU)에 동일한 강우량이 적용되어 수문반응단위별 유출 발생 특성이 일별로 모두 동일하기 때문에 무강우시 유역 전체에 대해 유출량이 과소 평가되어 저유량구간에서의 유량 크기가 매우 작아진 것으로 판단된다.The flow duration curve in Fig. 7 shows that the sulfur interval varies greatly in both Pyeongchang A and Koge A watershed according to the application of multiple weather stations. In Figs. 8 and 9, the FDC graph of the high-order A watershed shows a distinct variation characteristic compared to the Pyeongchang A watershed. In particular, a large difference is observed for the low-flow portion. When using a single meteorological point, the same rainfall is applied to all hydrologic response units (HRU) in the watershed for the same date, Because the flow rate is underestimated over the whole of the Mugang Wuxi basin due to the same day-to-day flow, the flow rate in the low-flow section is considered to be very small.

도 10 및 도 11은 본 발명에 따른 L-THIA ACN-WQ 모델을 이용한 유역 오염부하량 평가 장치 및 방법에 적용되는 하천수리구조물 반영에 대한 결과를 설명하기 위한 도면이다.FIGS. 10 and 11 are views for explaining the results of reflection of a river repair structure applied to an apparatus and method for estimating wastewater pollution loading using the L-THIA ACN-WQ model according to the present invention.

하천수리구조물 반영River repair structure reflected

하천의 유황특성에 영향을 미치는 댐, 보, 저수지와 같은 수리구조물의 영향을 반영하기 위해서는 저수면적, 만수위, 저수위, 저수용량, 유입량, 방류량 등 다양한 특성자료와 운영룰을 통한 수치해석기법 등 복잡한 모의과정이 필요하다. 그러나 기존의 L-THIA ACN-WQ 모형은 댐, 보, 그리고 저수지의 같은 수리구조물의 특성을 반영하기에는 많은 어려움이 있다. 이에 본 발명에 따른 L-THIA ACN-WQ 모형에서 사용자가 방류량 정보를 입력하는 것으로 하여 댐과 보 같은 하천 수리 구조물이 고려될 수 있도록 하였다.In order to reflect the influence of hydraulic structures such as dams, beams, and reservoirs affecting the sulfur characteristics of rivers, complex data such as water storage area, high water level, low water level, inflow volume, discharge volume, A simulation process is required. However, the existing L-THIA ACN-WQ model has many difficulties to reflect the characteristics of hydraulic structures such as dams, beams, and reservoirs. Therefore, in the L-THIA ACN-WQ model according to the present invention, the user inputs the discharge amount information so that the river repair structures such as dams and boats can be considered.

본 발명에서는 평창A 유역 내 주천강 말단 지점에 댐이 있다고 가정하고 개선된 모듈의 적용성을 평가하였다. 방류량은 주천강 말단 소유역 모의 유입량 중 FDC의 중간 유황에 속하는 평수량(Mid-range-Flow)구간의 평균값 6.25㎥/s을 방류량을 설정하였다.In the present invention, it is assumed that there is a dam at the end point of Juchun River in Pyeongchang A watershed and the applicability of the improved module is evaluated. The discharge amount was set to 6.25㎥ / s, which is the mean value of mid-range-flow interval belonging to the middle sulfur of FDC among the simulated inflows of the end subcatchment area of Juchun River.

도 10에서와 같이 저유량 부분에서 전체적으로 유량이 증가되는 것으로 분석되며, 2013년 10월 ~ 11월 유량을 보면 주천강 댐 운영에 따라 하천 유량이 크게 감소되는 것으로 나타났다. 이는 주천강으로부터 유입되던 하천 유량이 댐 적용에 따라 유입-방류량이 조정되었기 때문으로 판단되며, 댐 적용 전후의 유량 변동이 크지 않는 부분은 평창강의 유량이 더 큰 영향을 미친 것으로 판단된다.As shown in FIG. 10, it is analyzed that the overall flow rate is increased at the low flow rate portion, and when the flow rate from October to November 2013 is observed, the flow rate of the river is greatly decreased according to the operation of the Juchun River Dam. This is because the influent flow rate from the Juchun River was controlled by the dam application and the flow rate of Pyeongchang River had a larger effect on the portion where the flow rate fluctuation before and after the dam application was larger.

도 11의 FDC 분석 결과에서도 유황구간별 크기가 증가하였으며, 저유량(Low-Flow)은 방류량으로 설정한 6.25㎥/s을 보다 조금 큰 6.74㎥/s로 나타났으며, 하천 수리구조물 적용에 따른 하천 유량 변동 특성이 제대로 개선 및 적용된 것으로 판단된다.11, the size of the sulfur section was increased, and the low-flow was 6.74 m / s slightly larger than 6.25 m 3 / s, which was set as the discharge amount, It is considered that the river flow fluctuation characteristics are properly improved and applied.

도 12 내지 도 15는 본 발명에 따른 L-THIA ACN-WQ 모델을 이용한 유역 오염부하량 평가 장치 및 방법에 적용되는 매개변수 자동 보정에 대한 결과를 설명하기 위한 도면이다.FIGS. 12 to 15 are diagrams for explaining the results of automatic parameter calibration applied to an apparatus and method for estimating wastewater pollution loading using the L-THIA ACN-WQ model according to the present invention.

매개변수 자동 보정Automatic calibration of parameters

본 발명에서는 평균 8일 간격 실측자료에 유황특성을 반영하여 전체 유황 특성이 반영된 최적매개변수 선정을 위해 Machine Learning을 이용한 일유량 확장 모듈 적용하였다. 일유량 확장 모듈 적용은 낙본C 지점을 대상으로 하였으며, 보정기간인 2013년 1월 ~ 2015년 12월 확장 관계식 적용 결과 도 12와 같이 낙본C 유량 측정 결과와 R2 0.97, NSE 0.96로 높은 상관성을 보였다. 하지만 일유량 확장시 총량측정망에서 측정된 유량은 그대로 두고 유량 결측 일자에 대해서만 보간 개념으로 적용하였다. 이는 확장 관계식 적용에 따라 확장된 유량값과 실측된 유량값 사이에 차이가 발생되는데 수질 보정시 이러한 차이가 전파되어 수질 보정시 불확실성이 커지기 때문이다.In the present invention, a daily flow expansion module using machine learning was applied to select the optimal parameters reflecting the sulfur characteristics in the average data of 8 days interval and reflecting the whole sulfur characteristics. The application of the daily flow rate extension module is applied to the point C of the sample, and as a result of applying the expansion relation between January 2013 and December 2015, the calibration period is highly correlated with the result of the analysis of the sample C flow rate with R2 0.97 and NSE 0.96 . However, when the daily flow rate is expanded, the flow rate measured in the gauging network remains the same and the interpolation concept is applied only to the date of the flow error. This is because, due to the application of the expansion relation, there is a difference between the expanded flow rate and the measured flow rate value, which is propagated in the water quality correction, thereby increasing the uncertainty in the water quality correction.

그리고 실측자료 이상치에 따른 최적매개변수 선정의 불확실성 발생을 최소화하기 위해 Deep Learning을 이용한 이상치 제거 모듈을 개발하여 적용하였다. Deep Learning 이용한 이상치 제거의 기본 개념은 해당지점에서의 유량은 상류 유역의 수위 및 유량과 상관관계가 나타나며, 이러한 상관관계를 벗어난 측정값은 하천내 이수 및 치수, 측정 오류 등 인위적 요소가 적용된 이상치로 판단하고 모형 보정에 활용하지 않는 것이다. 이에 적용 대상지역인 낙본B 지점의 양삼과 도천 일유량 관측소의 2015년 7월 ~ 2017년 6월까지의 측정성과를 학습자료로 활용하여 도천 수위 유량과 양삼 유량 간의 학습결과를 보정기간의 총량 8일 간격 유량 자료에 적용하여 이상치 유무를 판단한다.And we developed an outlier removal module using Deep Learning to minimize uncertainty of optimal parameter selection according to actual data. The basic concept of the outlier removal using Deep Learning is that the flow rate at the point is correlated with the level and flow rate of the upstream watershed and the measured values outside the correlation are the outliers with artificial elements such as in- And does not use it to calibrate the model. Using the measurement results of Yangsham and Doshan daily flow observatories at Bukbap B, which is a target area, from July 2015 to June 2017 as learning data, the learning result between the river water level flow and the Yangsu flow rate was calculated as 8 It is applied to the daily flow rate data to judge the presence of an outlier.

Deep Learning은 내부적으로 복잡한 비선형 관계식을 통해 학습이 이루어지기 때문에 이상치 원인을 Deep Learning 과정 내에서 파악 및 분석하기에는 어려움이 있다. 이에 이상치로 판별된 자료와 그 외 자료를 이용하여 각각 추세 분석을 수행하였다. 이상치로 판별된 자료는 도 13과 같이 로그 형태를 띄고 있으며, 그 외 자료는 다항식의 형태로 나타났다. 이는 입력된 자료를 Deep Learning에서 복잡한 비선형 관계식을 통해 입력자료 분류하고, 분류 결과에 따라 이상치 유무를 결정한 것으로 판단된다.Deep Learning is difficult to grasp and analyze the causes of outliers within the Deep Learning process because learning is done through complex nonlinear relations internally. Therefore, the trend analysis was conducted using data classified as outliers and other data. The data classified as outliers are in log form as shown in FIG. 13, and other data are in the form of polynomials. It is judged that input data is classified by input data through complex nonlinear relation in Deep Learning and it is decided whether there is an outlier according to the classification result.

이에 따라 최종적으로 매개변수 보정 기간인 2013년 01월 ~ 2015년 12월까지 총 131개의 실측 유량 자료 중 약 10% 정도인 10개의 유량 자료가 이상치로 판별되어 도 14와 같이 121개의 실측 유량 자료가 매개변수 보정에 활용되었다.As a result, 10 flow data, which is about 10% of 131 measured flow data, are discriminated as outliers from January 2013 to December 2015, which is the parameter correction period, and 121 actual flow data It was used for parameter calibration.

보다 자세하게, 본 발명에서는 낙본C 총량단위유역 지점을 말단지점으로 하여 용전A와 반변B를 제외한 낙본A, 낙본B, 낙본C, 반변A, 길안A, 미천A 총 6개 지점의 유량 및 수질과 안동댐과 임하댐 2개 지점의 유입량 정보를 통해 본 발명에 따른 L-THIA ACN-WQ 모형의 매개변수 자동보정을 수행하였다. 용전A는 실측 유량 값의 크기가 너무 작아 보정지점에서 제외하였다. 이렇게 유량 총 8개 지점, 수질 총 6개 지점에 대해 자동보정을 수행한 결과 도 15와 같이 유량은 8개 지점의 평균 모의치가 실측치에 비해 약 1.2배 크게 모의되었지만, 임하댐 지점을 제외한 7개 지점에서 R2 0.59~0.86, NSE 0.59~0.86으로 Moriasietal.(2007)이 제시한 일반적 모형의 효율 범위와 신뢰구간에 만족하는 것으로 나타났으며 자연현상을 잘 모의하는 것으로 판단된다.In more detail, in the present invention, the flow rate and water quality of the six spots A, B, C, A, G, A, and M, A excluding the discharge A and the half B, The automatic correction of the parameters of the L-THIA ACN-WQ model according to the present invention was performed through inflow information of the two points of Andong dam and Imha dam. In case A, the measured flow value is too small to be removed from the calibration point. As shown in Fig. 15, the average simulated values of eight points were simulated about 1.2 times larger than the actual values. However, seven points excluding the imha dam point , R2 0.59 ~ 0.86, and NSE 0.59 ~ 0.86 were satisfied with the efficiency range and confidence interval of the general model proposed by Moriasietal. (2007).

이처럼, 본 발명에 따른 L-THIA ACN-WQ 모델을 이용한 유역 오염부하량 평가 장치 및 그 방법은 직접유출량 산정 시 활용되는 유출곡선지수(CurveNumber, CN)에 따라 차등적으로 적용할 수 있는 침투량 초기 손실량 계수를 도출함으로써, 우리나라 밭의 대표 토양인 사양토, 식양토, 양토를 대상으로 침투량 범위와 침투량 범위의 편차를 비교하여 침투량 산정의 적정성을 평가할 수 있다.As described above, the apparatus and method for estimating wastewater pollution load using the L-THIA ACN-WQ model according to the present invention can estimate the initial loss amount of infiltration, which can be applied differently according to the curve curve (CurveNumber, CN) By calculating the coefficient, it is possible to evaluate the appropriateness of the estimation of the infiltration amount by comparing the deviation of the range of the infiltration amount and the range of the infiltration amount to the representative soil of the Korean field, the clayey soil, the clayey soil and the loam soil.

또한, 본 발명은 지역별/유역별 시공간으로 변화하는 기상 특성을 반영하는 기상 자료를 수집하여 단일 기상지점과 다중 기상지점 적용에 따른 최대유량의 크기, 평균 유량 등의 유출 특성과 유량 조건에 따른 유황구간별 최대유량, 평균 유량 등을 비교 분석할 수 있게 됨으로써, 공간적 이상 특성 차이로 인해 강우에 따른 유출해석결과의 불확실성을 감소시킬 수 있다.In addition, the present invention collects meteorological data reflecting meteorological characteristics that vary in time and space by region / watershed and collects meteorological data such as the maximum flow rate and the average flow rate according to the application of the single meteorological point and the multiple meteorological point, It is possible to reduce the uncertainty of the outflow analysis results due to the rainfall due to the difference of the spatial anomaly characteristics.

또한, 본 발명은 하천의 유황특성에 영향을 미치는 수리구조물(댐, 보 및 저수지)에 의한 영향을 반영함으로써, 수리구조물에 따른 하천 유량 변동 특성을 용이하게 파악할 수 있다.In addition, the present invention reflects the influence of hydraulic structures (dams, beams, and reservoirs) that affect the sulfur characteristics of the stream, so that it is possible to easily grasp the flow rate fluctuation characteristics according to the hydraulic structure.

또한, 본 발명은 유역 말단을 대상으로는 해당 유역 전체의 대표 최적 매개변수를 도출하고, 유역 내 다중 모니터링 지점 측정 성과를 통한 소유역별 최적 매개변수를 도출함으로써, 환경적 조건(소규모 또는 대규모)에 따라 매개변수 보정을 통해 모의치와 실측치간의 오차를 줄여 객관적인 결과를 도출할 수 있다.In addition, the present invention derives the representative optimal parameters of the entire watershed for the watershed terminal and derives the optimal parameters for each watershed through the performance of multiple monitoring points in the watershed to determine the environmental conditions (small or large scale) Therefore, it is possible to obtain objective results by reducing the error between the simulated value and the measured value through the parameter correction.

또한, 본 발명은 L-THIA ACN-WQ 모델의 최적화를 위해 기계 학습(Machine Learning)을 활용하여 매개변수를 최적화하고, Web-GIS 기반으로 하여 실시간으로 유량 및 수질을 예측할 수 있다.In addition, the present invention optimizes parameters using machine learning to optimize L-THIA ACN-WQ model, and predicts flow rate and water quality in real time based on Web-GIS.

이상 본 명세서에서 설명한 기능적 동작과 본 주제에 관한 실시형태들은 본 명세서에서 개시한 구조들 및 그들의 구조적인 등가물을 포함하여 디지털 전자 회로나 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어 또는 하드웨어에서 혹은 이들 중 하나 이상이 조합에서 구현 가능하다. The functional operations described herein and the embodiments of the present subject matter may be implemented in digital electronic circuitry, computer software, firmware, or hardware, including any of the structures disclosed herein and their structural equivalents, It is possible.

본 명세서에서 기술하는 주제의 실시형태는 하나 이상이 컴퓨터 프로그램 제품, 다시 말해 데이터 처리 장치에 의한 실행을 위하여 혹은 그 동작을 제어하기 위하여 유형의 프로그램 매체 상에 인코딩되는 컴퓨터 프로그램 명령에 관한 하나 이상이 모듈로서 구현될 수 있다. 유형의 프로그램 매체는 전파형 신호이거나 컴퓨터로 판독 가능한 매체일 수 있다. 전파형 신호는 컴퓨터에 의한 실행을 위하여 적절한 수신기 장치로 전송하기 위한 정보를 인코딩하기 위하여 생성되는 예컨대 기계가 생성한 전기적, 광학적 혹은 전자기 신호와 같은 인공적으로 생성된 신호이다. 컴퓨터로 판독 가능한 매체는 기계로 판독 가능한 저장장치, 기계로 판독 가능한 저장 기판, 메모리 장치, 기계로 판독 가능한 전파형 신호에 영향을 미치는 물질의 조합 혹은 이들 중 하나 이상이 조합일 수 있다.Embodiments of the subject matter described herein may be implemented as one or more computer program products, that is, one or more of computer program instructions encoded on a type of program medium for execution by, or control of, a data processing apparatus May be implemented as a module. The type of program medium may be a propagated signal or a computer readable medium. A propagated signal is an artificially generated signal, such as a machine-generated electrical, optical or electromagnetic signal, generated to encode information for transmission to a suitable receiver device for execution by a computer. The computer-readable medium can be a machine-readable storage device, a machine-readable storage substrate, a memory device, a combination of materials that affect the machine readable propagation type signal, or a combination of one or more of the foregoing.

컴퓨터 프로그램(프로그램, 소프트웨어, 소프트웨어 어플리케이션, 스크립트 혹은 코드로도 알려져 있음)은 컴파일되거나 해석된 언어나 선험적 혹은 절차적 언어를 포함하는 프로그래밍 언어의 어떠한 형태로도 작성될 수 있으며, 독립형 프로그램이나 모듈, 컴포넌트, 서브루틴 혹은 컴퓨터 환경에서 사용하기에 적합한 다른 유닛을 포함하여 어떠한 형태로도 전개될 수 있다. A computer program (also known as a program, software, software application, script or code) may be written in any form of programming language, including compiled or interpreted language, a priori or procedural language, Components, subroutines, or other units suitable for use in a computer environment.

컴퓨터 프로그램은 파일 장치의 파일에 반드시 대응하는 것은 아니다. 프로그램은 요청된 프로그램에 제공되는 단일 파일 내에, 혹은 다중의 상호 작용하는 파일(예컨대, 하나 이상이 모듈, 하위 프로그램 혹은 코드의 일부를 저장하는 파일) 내에, 혹은 다른 프로그램이나 데이터를 보유하는 파일의 일부(예컨대, 마크업 언어 문서 내에 저장되는 하나 이상이 스크립트) 내에 저장될 수 있다. The computer program does not necessarily correspond to the file of the file device. The program may be stored in a single file provided to the requested program or in a file that contains multiple interactive files (e.g., one or more of which store a module, subprogram, or portion of code) And may be stored in some (e.g., one or more scripts stored in a markup language document).

컴퓨터 프로그램은 하나의 사이트에 위치하거나 복수의 사이트에 걸쳐서 분산되어 통신 네트워크에 의해 상호 접속된 다중 컴퓨터나 하나의 컴퓨터 상에서 실행되도록 전개될 수 있다.A computer program may be deployed to run on multiple computers or on one computer, located on a single site or distributed across multiple sites and interconnected by a communications network.

부가적으로, 본 특허문헌에서 기술하는 논리 흐름과 구조적인 블록도는 개시된 구조적인 수단의 지원을 받는 대응하는 기능과 단계의 지원을 받는 대응하는 행위 및/또는 특정한 방법을 기술하는 것으로, 대응하는 소프트웨어 구조와 알고리즘과 그 등가물을 구축하는 데에도 사용 가능하다. Additionally, the logic flows and structural block diagrams described in this patent document describe corresponding actions and / or specific methods supported by corresponding functions and steps supported by the disclosed structural means, It can also be used to build software structures and algorithms and their equivalents.

본 명세서에서 기술하는 프로세스와 논리 흐름은 입력 데이터 상에서 동작하고 출력을 생성함으로써 기능을 수행하기 위하여 하나 이상이 컴퓨터 프로그램을 실행하는 하나 이상이 프로그래머블 프로세서에 의하여 수행 가능하다.The processes and logic flows described herein may be performed by one or more programmable processors that execute one or more computer programs to perform functions by operating on input data and generating output.

컴퓨터 프로그램의 실행에 적합한 프로세서는, 예컨대 범용 및 특수 목적의 마이크로프로세서 양자 및 어떤 형태의 디지털 컴퓨터의 어떠한 하나 이상이 프로세서라도 포함한다. 일반적으로, 프로세서는 읽기 전용 메모리나 랜덤 액세스 메모리 혹은 양자로부터 명령어와 데이터를 수신할 것이다. Suitable processors for the execution of computer programs include, for example, any one or more of a general purpose and special purpose microprocessor and any type of digital computer. Generally, a processor will receive instructions and data from read-only memory, random access memory, or both.

컴퓨터의 핵심적인 요소는 명령어와 데이터를 저장하기 위한 하나 이상이 메모리 장치 및 명령을 수행하기 위한 프로세서이다. 또한, 컴퓨터는 일반적으로 예컨대 자기, 자기 광학 디스크나 광학 디스크와 같은 데이터를 저장하기 위한 하나 이상이 대량 저장 장치로부터 데이터를 수신하거나 그것으로 데이터를 전송하거나 혹은 그러한 동작 둘 다를 수행하기 위하여 동작가능 하도록 결합되거나 이를 포함할 것이다. 그러나, 컴퓨터는 그러한 장치를 가질 필요가 없다.A core element of a computer is a processor for performing one or more memory devices and instructions for storing instructions and data. In addition, the computer is generally operable to receive data from, or transmit data to, one or more mass storage devices for storing data, such as magnetic, magneto-optical disks, or optical disks, Or < / RTI > However, the computer need not have such a device.

본 기술한 설명은 본 발명의 최상의 모드를 제시하고 있으며, 본 발명을 설명하기 위하여, 그리고 당업자가 본 발명을 제작 및 이용할 수 있도록 하기 위한 예를 제공하고 있다. 이렇게 작성된 명세서는 그 제시된 구체적인 용어에 본 발명을 제한하는 것이 아니다. The description sets forth the best mode of the invention, and is provided to illustrate the invention and to enable those skilled in the art to make and use the invention. The written description is not intended to limit the invention to the specific terminology presented.

따라서, 상술한 예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하였지만, 당업자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서도 본 예들에 대한 개조, 변경 및 변형을 가할 수 있다. 요컨대 본 발명이 의도하는 효과를 달성하기 위해 도면에 도시된 모든 기능 블록을 별도로 포함하거나 도면에 도시된 모든 순서를 도시된 순서 그대로 따라야만 하는 것은 아니며, 그렇지 않더라도 얼마든지 청구항에 기재된 본 발명의 기술적 범위에 속할 수 있음에 주의한다.Thus, while the present invention has been described in detail with reference to the above examples, those skilled in the art will be able to make adaptations, modifications, and variations on these examples without departing from the scope of the present invention. In other words, in order to achieve the intended effect of the present invention, all the functional blocks shown in the drawings are separately included or all the steps shown in the drawings are not necessarily followed in the order shown, It can be in the range.

100 : L-THIA ACN-WQ 모델을 이용한 유역 오염부하량 평가 장치.
110 : 기초자료 입력부
120 : 유출곡선지수 산정부
130 : 직접유출랑 산정부
140 : 기저유출량 산정부
150 : 하도추적 산정부
160 : 매개변수 설정부
161 : 제1 매개변수 도출부
162 : 제2 매개변수 도출부
163 : 매개변수 보정부
170 : 오염부하량 산정부
180 : 오염부하량 평가부
100: Watershed Pollutant Load Assessment System Using L-THIA ACN-WQ Model.
110: basic data input unit
120: Runoff curve index
130: Direct spill and mountain government
140: Base flow rate calculation section
150: The government
160: Parameter setting unit
161: First parameter derivation unit
162: second parameter derivation unit
163: parameter correcting unit
170:
180: Pollution load evaluation unit

Claims (11)

기상지점별 일 강수량, 일 평균온도, 일사량, 일조시간을 포함하는 기상정보, 수리지형정보 및 토양정보 중 적어도 어느 하나를 포함하는 기초자료를 입력받는 기초자료 입력부;
입력된 기초자료를 토대로 유효우량을 추정하는 유출곡선지수(Curve Number: CN)를 산정하는 유출곡선지수 산정부;
산정된 유출곡선지수를 토대로 유역 내 모든 수문반응단위(Hydrologic Response Unit: HRU)에서 하천까지 도달하는 직접유출량을 산정하는 직접유출량 산정부;
산정된 직접유출량에 유출곡선지수에 따라 기 도출된 침투량 초기 손실량 계수를 이용하여 침투량을 결정하고, 결정된 침투량을 토대로 대수층으로 유입되는 물의 양과 하천으로 흘러가는 기저유출량을 산정하는 기저유출량 산정부; 및
산정된 직접유출량 및 기저유출량을 토대로 오염부하량을 산정하는 오염부하량 산정부;
를 포함하고,
상기 기 도출된 침투량 초기 손실량 계수는 상기 유출곡선지수를 아래 수식에 대입하여 도출되는 것을 특징으로 하는 L-THIA ACN-WQ 모델을 이용한 유역 오염부하량 평가 장치.
Figure 112018129778210-pat00026
A basic data input unit for receiving basic data including at least one of weather information including the daily precipitation amount per day, the daily average temperature, the solar radiation amount, the daylight time, the hydraulic terrain information, and the soil information;
A runoff curve index calculation unit for calculating a runoff curve (CN) that estimates the effective rainfall based on the input basic data;
A direct runoff estimator that calculates a direct runoff from a hydrologic response unit (HRU) to a river based on the estimated runoff curve;
Determination of the amount of infiltration using the infiltration initial loss coefficient derived based on the calculated outflow curve and the amount of inflow to the aquifer on the basis of the determined infiltration amount and the base flow rate to be flowed to the stream; And
A pollutant load calculation unit for calculating a pollutant load based on the estimated direct discharge amount and the base discharge amount;
Lt; / RTI >
Wherein the pre-derived infiltration initial loss coefficient is derived by substituting the outflow curve index into the following equation: L-THIA ACN-WQ model.
Figure 112018129778210-pat00026
제1항에 있어서,
상기 기초자료 입력부는 수지지형도를 통해 구축되는 수치표고모델(Digital Elevation Model, DEM)에 대한 수리지형정보와 토지이용도 및 수문학적 토양그룹도 정보를 포함하는 토양정보를 입력받는 것을 특징으로 하는 L-THIA ACN-WQ 모델을 이용한 유역 오염부하량 평가 장치.
The method according to claim 1,
The basic data input unit receives the hydraulic terrain information for the digital elevation model (DEM) constructed through the resin topographic map, and the soil information including the land use degree and the hydrological soil group information. -THIA ACN-WQ Model for Watershed Pollutant Load Assessment.
제1항에 있어서,
상기 유출곡선지수 산정부는 기상정보의 강수량과 토양정보의 토지이용도 및 수문학적 토양그룹도 정보의 보정상수를 이용하여 유출곡선지수를 산정하는 것을 특징으로 하는 L-THIA ACN-WQ 모델을 이용한 유역 오염부하량 평가 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the outflow curve exponent is calculated by using an L-THIA ACN-WQ model, wherein the outflow curve index is calculated using the precipitation amount of the meteorological information, the land use degree of the soil information, and the correction constant of the hydrologic soil group information. Apparatus for evaluating pollution load.
제1항에 있어서,
상기 기저유출량 산정부는 유출곡선지수를 기 설정된 단위로 감소시키면서 감소된 유출곡선지수를 통해 산정되는 초기 손실량이 기 설정된 단위로 감소되기 전의 유출곡선지수 보다 커야한다는 기준을 토대로 초기 손실량 계수를 도출하는 것을 특징으로 하는 L-THIA ACN-WQ 모델을 이용한 유역 오염부하량 평가 장치.
The method according to claim 1,
The base run-off amount calculation unit may derive an initial loss amount coefficient based on a criterion that an initial loss amount calculated through a reduced run-out curve index while decreasing a run-out curve index in a predetermined unit is greater than an run- WATER POLLUTION LOAD EVALUATION APPARATUS USING L-THIA ACN-WQ MODEL FEATURING.
제1항에 있어서,
상기 오염부하량 산정부는 산정된 직접유출량 및 기저유출량과 실시간으로 도출되는 전체유역 매개변수와 소유역별 매개변수, 총량측정망 유량 및 수질 자료를 이용하여 확장된 일유량 자료를 이용하여 오염부하량을 산정하는 것을 특징으로 하는 L-THIA ACN-WQ 모델을 이용한 유역 오염부하량 평가 장치.
The method according to claim 1,
The pollutant load calculation unit calculates the pollutant load using the calculated direct flow rate and base flow rate, the entire watershed parameters derived in real time, the parameters by the geographical area, the total flow rate network flow rate and the water quality data, WATER POLLUTION LOAD EVALUATION APPARATUS USING L-THIA ACN-WQ MODEL FEATURING.
제1항에 있어서,
실시간으로 입력되는 기초자료를 이용하여 매개변수를 도출하고 보정하는 매개변수 설정부를 더 포함하되,
상기 매개변수 설정부는,
유역 말단을 대상으로 해당 유역 전체의 전체유역 매개변수를 도출하는 제1 매개변수 도출부;
유역 내 다중 보정 지점을 통해 소유역별 매개변수를 도출하는 제2 매개변수 도출부; 및
도출된 전체유역 매개변수 및 소유역별 매개변수를 실시간으로 보정하는 매개변수 보정부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 L-THIA ACN-WQ 모델을 이용한 유역 오염부하량 평가 장치.
The method according to claim 1,
Further comprising a parameter setting unit for deriving and correcting parameters using basic data input in real time,
Wherein the parameter setting unit comprises:
A first parameter derivation unit for deriving the entire watershed parameter of the entire watershed for the watershed terminal;
A second parameter derivation unit for deriving a parameter by geographical area through multiple calibration points in the watershed; And
A parameter correcting unit for correcting the derived whole watershed parameter and the own station-specific parameter in real time;
And the L-THIA ACN-WQ model.
제1항에 있어서,
산정된 오염부하량을 오염부하지속곡선(Load Duration Curve: LDC)으로 도식화하거나 일유량과 목표수질을 통해 도식화된 표준부하지속곡선(Standard Load Duration Curve)과 일유량과 실측 수질자료를 통해 도식화된 관측부하지속곡선(Observed Load Duration Curve)를 비교하는 유량-부하량곡선(Q-L Rating Curve, QLRC)을 도식화하여 오염부하량을 평가하는 오염부하량 평가부를 포함하는 것을 특징으로 하는 L-THIA ACN-WQ 모델을 이용한 유역 오염부하량 평가 장치.
The method according to claim 1,
The calculated pollutant loads are plotted with a Load Duration Curve (LDC) or a standard load duration curve plotted through the daily flow rate and the target water quality, as well as daily flow and observed water quality data And a pollutant load evaluating unit for evaluating the pollutant load by plotting a QL Rating Curve (QLRC) comparing the Observed Load Duration Curve with the L-THIA ACN-WQ model Watershed pollution load assessment device.
제1항에 있어서,
산정된 직접유출량 및 기저유출량을 토대로 하천에서의 유량을 결정하는 하도추적 산정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 L-THIA ACN-WQ 모델을 이용한 유역 오염부하량 평가 장치.
The method according to claim 1,
And an underflow trace calculation unit for determining a flow rate in the river based on the estimated direct runoff amount and the base runoff amount, using the L-THIA ACN-WQ model.
기초자료 입력부에 의해, 기상지점별 일 강수량, 일 평균온도, 일사량, 일조시간을 포함하는 기상정보, 수리지형정보 및 토양정보 중 적어도 어느 하나를 포함하는 기초자료를 입력받는 단계:
유출곡선지수 산정부에 의해, 입력된 기초자료를 토대로 유효우량을 추정하는 유출곡선지수(Curve Number: CN)를 산정하는 단계;
직접유출량 산정부에 의해, 산정된 유출곡선지수를 토대로 유역 내 모든 수문반응단위(Hydrologic Response Unit: HRU)에서 하천까지 도달하는 직접유출량을 산정하는 단계:
기저유출량 산정부에 의해, 산정된 직접유출량에 유출곡선지수에 따라 기 도출된 침투량 초기 손실량 계수를 이용하여 침투량을 결정하고, 결정된 침투량을 토대로 대수층으로 유입되는 물의 양과 하천으로 흘러가는 기저유출량을 산정하는 단계; 및
오염부하량 산정부에 의해, 산정된 직접유출량 및 기저유출량을 토대로 오염부하량을 산정하는 단계;
를 포함하며,
상기 기저유출량을 산정하는 단계에서 상기 기 도출된 침투량 초기 손실량 계수는 상기 유출곡선지수를 아래 수식에 대입하여 도출하는 것을 특징으로 하는 L-THIA ACN-WQ 모델을 이용한 유역 오염부하량 평가 방법.
Figure 112018129778210-pat00027
Receiving basic data including at least one of weather information, hydraulic terrain information, and soil information including daily precipitation, daily average temperature, solar radiation, daylight time,
Estimating an outflow curve index (CN) for estimating an effective rainfall based on the inputted basic data by a flow curve index calculating section;
Estimating the direct runoff from the Hydrologic Response Unit (HRU) to the river based on the calculated runoff curve index by the direct runoff estimator:
Based on the determined infiltration amount, the amount of water flowing into the aquifer and the base flow rate flowing into the river are calculated based on the infiltration initial loss coefficient previously calculated according to the outflow curve index to the calculated direct outflow amount by the base flow outage calculation unit ; And
Calculating a pollutant load by the pollutant load calculation unit based on the calculated direct outflow amount and the base runoff amount;
/ RTI >
Wherein the initial loss amount coefficient of the inflow amount in the step of calculating the basin run-out amount is derived by substituting the outflow curve index into the following equation. ≪ tb >< TABLE >
Figure 112018129778210-pat00027
제9항에 있어서,
산정된 직접유출량에 유출곡선지수에 따라 기 도출된 침투량 초기 손실량 계수를 이용하여 침투량을 결정하고, 결정된 침투량을 토대로 대수층으로 유입되는 물의 양과 하천으로 흘러가는 기저유출량을 산정하는 단계는,
유출곡선지수를 기 설정된 단위로 감소시키면서 감소된 유출곡선지수를 통해 산정되는 초기 손실량이 기 설정된 단위로 감소되기 전의 유출곡선지수 보다 커야한다는 기준을 토대로 초기 손실량 계수를 도출하는 것을 특징으로 하는 L-THIA ACN-WQ 모델을 이용한 유역 오염부하량 평가 방법.
10. The method of claim 9,
Determining the amount of infiltration using the infiltration initial loss factor derived from the calculated outflow curve according to the outflow curve index and calculating the amount of water flowing into the aquifer and the base flow rate flowing into the aquifer based on the determined infiltration amount,
Wherein the initial loss amount coefficient is derived based on a criterion that the initial loss amount estimated through the reduced outflow curve index should be larger than the outflow curve index before decreasing in the predetermined unit while decreasing the outflow curve index in a predetermined unit, Watershed pollution loading assessment method using THIA ACN-WQ model.
제9항에 있어서,
산정된 직접유출량 및 기저유출량을 토대로 오염부하량을 산정하는 단계는,
산정된 직접유출량 및 기저유출량과 실시간으로 도출되는 전체유역 매개변수와 소유역별 매개변수, 총량측정망 유량 및 수질 자료를 이용하여 확장된 일유량 자료를 이용하여 오염부하량을 산정하는 것을 특징으로 하는 L-THIA ACN-WQ 모델을 이용한 유역 오염부하량 평가 방법.
10. The method of claim 9,
The step of calculating the pollutant load based on the calculated direct outflow amount and the base outflow amount includes:
The estimated L-flow rate is calculated by using the calculated direct flow rate and base flow rate, the whole watershed parameters derived in real-time, the parameters for each station, the total flow network flow rate and the water quality data, Watershed pollution loading assessment method using THIA ACN-WQ model.
KR1020180087364A 2018-07-26 2018-07-26 Water pollution load evaluation apparatus and method using the l-thia acn-wq model KR101947753B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180087364A KR101947753B1 (en) 2018-07-26 2018-07-26 Water pollution load evaluation apparatus and method using the l-thia acn-wq model

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180087364A KR101947753B1 (en) 2018-07-26 2018-07-26 Water pollution load evaluation apparatus and method using the l-thia acn-wq model

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101947753B1 true KR101947753B1 (en) 2019-02-13

Family

ID=65366510

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180087364A KR101947753B1 (en) 2018-07-26 2018-07-26 Water pollution load evaluation apparatus and method using the l-thia acn-wq model

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101947753B1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110057410A (en) * 2019-04-23 2019-07-26 中国市政工程华北设计研究总院有限公司 Day Sewage Pollution object, which generates to measure, per capita calculates integrated apparatus and its method
CN112199457A (en) * 2020-09-17 2021-01-08 西南科技大学 Hydrological ecosystem service calculation method based on mechanistic basin hydrological model
CN112348241A (en) * 2020-10-28 2021-02-09 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所 Method and system for predicting pollution discharge amount of agricultural ground source in protected area
CN114358492A (en) * 2021-12-03 2022-04-15 武汉大学 Method for determining reservoir dispatching of hydropower station

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Development and Evaluation of ArcGIS-based watershed-scale Long-term Hydrologic Impact Assessment (L-THIA) ACN-WQ system
L-THIA모형을 이용한 수질오염총량관리제 토지계 T-P 발생부하량 산정방식의 개선

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110057410A (en) * 2019-04-23 2019-07-26 中国市政工程华北设计研究总院有限公司 Day Sewage Pollution object, which generates to measure, per capita calculates integrated apparatus and its method
CN112199457A (en) * 2020-09-17 2021-01-08 西南科技大学 Hydrological ecosystem service calculation method based on mechanistic basin hydrological model
CN112348241A (en) * 2020-10-28 2021-02-09 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所 Method and system for predicting pollution discharge amount of agricultural ground source in protected area
CN112348241B (en) * 2020-10-28 2024-01-05 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所 Method and system for predicting pollution discharge amount of agricultural ground source in protected area
CN114358492A (en) * 2021-12-03 2022-04-15 武汉大学 Method for determining reservoir dispatching of hydropower station
CN114358492B (en) * 2021-12-03 2024-04-09 武汉大学 Hydropower station reservoir dispatching determination method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101947753B1 (en) Water pollution load evaluation apparatus and method using the l-thia acn-wq model
Coccia et al. Recent developments in predictive uncertainty assessment based on the model conditional processor approach
Setegn et al. SWAT model application and prediction uncertainty analysis in the Lake Tana Basin, Ethiopia
Rathjens et al. Development of a grid‐based version of the SWAT landscape model
Sedki et al. Simulation-optimization modeling for sustainable groundwater development: a Moroccan coastal aquifer case study
Surfleet et al. Selection of hydrologic modeling approaches for climate change assessment: A comparison of model scale and structures
Vermuyten et al. Combining model predictive control with a reduced genetic algorithm for real-time flood control
Alamdari et al. Evaluating the impact of climate change on water quality and quantity in an urban watershed using an ensemble approach
Guzman et al. Modeling discharge and sediment concentrations after landscape interventions in a humid monsoon climate: The Anjeni watershed in the highlands of Ethiopia
Hu et al. A modified Xinanjiang model and its application in northern China
Chea et al. Flow simulation in an ungauged catchment of Tonle Sap Lake Basin in Cambodia: Application of the HEC-HMS model
Efstratiadis et al. HYDROGEIOS: a semi-distributed GIS-based hydrological model for modified river basins
Kim et al. Enhancement of the channel routing module in SWAT
Bahremand et al. A parameter allocation approach for flow simulation using the WetSpa‐Python model
Lin et al. Automatic calibration of an unsteady river flow model by using dynamically dimensioned search algorithm
Genjebo et al. Assessment of surface water resource and allocation optimization for diverse demands in Ethiopia's upper Bilate Watershed
Da Paz et al. Data assimilation in a large-scale distributed hydrological model for mediumrange flow forecasts
Javadi et al. Evaluation and Simulation of Groundwater Flow in Aquifers Enclosed With Desert Saline Areas (Case Study: Isfahan Province-Ardestan Aquifer)
Efendi et al. The scenario of rainfall-discharge for supporting the optimization of irrigation reservoir operation to anticipate extreme flood
Yassin Towards improved hydrologic land surface modelling: enhanced model identification and integration of water management
Gebremichael et al. Impact of climate change on water resource potential and sediment yield of the Gibe III watershed, Omo-Gibe Basin, Ethiopia
Latiff Prediction of Future Temperature and Rainfall Characteristics Using Statistical Downscaling Model (SDSM) for Empangan Sg. Sembrong in Batu Pahat Catchment
Lubben Improving flow forecast skill by assimilating groundwater observations in WALRUS
Walker Estimation of peak flow in Queensland using Quantile Regression Technique and ARR 2019
Wijaya et al. Flood Mapping Using HEC-RAS and HEC-HMS: A Case Study of Upper Citarum River at Dayeuhkolot District, Bandung Regency, West Java

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant